Mikrob znaleziony na polach ryżowych pomaga w przekształcaniu metanu w biopaliwa. Obraz: Yamanaka Tamaki przez Flickr

Pomysłowość laboratoriów na całym świecie polega na wykorzystaniu drobnoustrojów, wody i gorącego powietrza do produkcji różnych rodzajów energii odnawialnej z gazów cieplarnianych.

Szwajcarscy naukowcy znaleźli sposób na: zamień silny gaz cieplarniany metan w metanol jako paliwo – z pomocą wody i prostego katalizatora.

Tymczasem amerykańscy naukowcy przetestowali sposób przekształcania metanu w biopaliwa, specjalistyczne chemikalia, a nawet paszę dla bydła z pomoc jednego drobnoustroju z pól ryżowych i drugiego z syberyjskiego jeziora.

A w Norwegii inżynierowie testują coś pozornie prostszego: chcą wykorzystywać powietrze jako akumulator, który mógłby przechowywać nadwyżki energii odnawialnej.

Wszystkie trzy badania są przykładami zadziwiający poziom pomysłowości i inwencji wielokrotnie demonstrowany w światowych laboratoriach jako chemicy, inżynierowie i mikrobiolodzy skoncentruj się na wielkim wyzwaniu energetycznym.

Emisja gazów cieplarnianych

Wszyscy szukają sposoby zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych ze spalania paliw kopalnych, przez recyklingu przez bycie bardziej wydajnym, poprzez eliminację marnotrawstwa oraz przez wykorzystanie światła słonecznego, powietrza i wody do poprawić naturę.

Każda z tych technologii może pewnego dnia wnieść potężny wkład w efektywność energetyczną. I chociaż wszystkie z nich są daleko od rutynowej eksploatacji, pokazują, że naukowcy wciąż wprowadzenie nowych pomysłów do problemu przynajmniej tak starego jak rewolucja przemysłowa.

Jedną z inspiracji jest metan, gaz cieplarniany, który występuje w atmosferze krócej niż dwutlenek węgla, ale jest też wielokrotnie bardziej efektywny w przyczynianiu się do globalnego ocieplenia.

Jest znany jako „gaz naturalny”, ale rolnictwo – od pól ryżowych po pastwiska dla bydła – produkuje ogromne ilości metanu, podobnie jak źródła paliw kopalnych.

„Pobieramy produkt odpadowy, który zwykle jest kosztem, i przekształcamy go w biomasę mikrobiologiczną, którą można wykorzystać do produkcji paliwa, nawozów, paszy dla zwierząt, chemikaliów i innych produktów”

Naukowcy z Swiss Federal Institute of Technology, znany jako ETH Zurich, donosi w czasopiśmie Science, że opracowali system katalityczny oparty na zeolity, z nieoczekiwaną właściwością.

Może zamienić metan o wzorze chemicznym CH_4, do ciekłego metanolu (CH₃OH,) wykorzystując tlen w wodzie i może to zrobić z 97% wydajnością.

It remains just that ? a process, and so far an expensive one “only economically feasible at very large scale”, they say, and not something engineers could tap into at, for instance, an ocean or a desert oil drilling rig, where oilmen still “flare” waste methane from the wells.

Ale zespół z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) w stanie Waszyngton, USA, mają coś, co mogłoby być bardziej przenośne: bioreaktor, który mógłby przekształcić metan wychwycony na polach naftowych i podwórzach w ciemnozieloną, bogatą w energię, galaretowatą substancję, którą można wykorzystać do gama produktów.

Ten proces zależy od dwóch drobnoustrojów, które normalnie nie znajdują się w tym samym miejscu, piszą w Czasopismo Bioresource Technology.

Jeden jest znany jako Methylomicrobium alcaliphilum 20Z i żywi się metanem na wysypiskach śmieci i polach ryżowych. Drugi znany jest tylko jako Synechococcus 7002 i żyje w syberyjskim jeziorze, wykorzystując światło i dwutlenek węgla do uwalniania tlenu.

Naukowcy z Waszyngtonu twierdzą, że razem zaangażowali się w „produktywne sprzężenie metaboliczne”, aby wyprodukować coś nowego.

„Bierzemy produkt odpadowy, który zwykle jest kosztem, i ulepszamy go do biomasy mikrobiologicznej, którą można wykorzystać do produkcji paliwa, nawozów, pasz dla zwierząt, chemikaliów i innych produktów” – mówi Hans Bernstein, inżynier chemik i biologia, który jest członkiem zespół badawczy PNNL.

Platforma biotechnologiczna

„Te dwa organizmy wzajemnie się uzupełniają, wspierają. Stworzyliśmy elastyczną platformę biotechnologiczną z drobnoustrojami, które są genetycznie wykrywalne do syntezy biopaliw i biochemikaliów”.

W Norwegii inżynierowie z SINTEF przedsiębiorstwo energetyczne zbadali inne podejście do gry o władzę. Są partnerami w Europejski projekt mający na celu znalezienie sposobów na przechowywanie energii pod ziemią.

I chcą przywrócić energię do obiegu za pomocą baterii opartej po prostu na gorącym powietrzu. Jest to powietrze ogrzane i sprężone nadmiarem energii z elektrowni wiatrowej i słonecznej, a następnie przechowywane w podziemnej jaskini.

Strumień gorącego powietrza przechodzi przez portalową jaskinię wypełnioną pokruszoną skałą i podgrzewa skałę. Chłodne sprężone powietrze jest przechowywane w drugiej komorze i w razie potrzeby jest uwalniane przez gorące skały.

Następnie przepływa przez turbinę, aby wytworzyć energię elektryczną w celu zaspokojenia zapotrzebowania szczytowego lub zapotrzebowania, gdy ogniwa słoneczne nie mogą dostarczyć energii lub w dowolnym momencie, gdy wiatr słabnie, a łopaty turbiny nieruchomieją.

Jest jednak pewien haczyk. Wykopanie podziemnego magazynu dla takiej baterii byłoby rujnująco kosztowne.

Ale Giovanni Perillo, naukowiec, który jest kierownikiem projektu, mówi: „Uważamy nieużywane tunele i szyby kopalniane jako potencjalne miejsca składowania, a Norwegia ma ich pod dostatkiem.

„Im więcej ciepła sprężania zatrzymało powietrze po uwolnieniu z magazynu, tym więcej pracy może wykonać, przechodząc przez turbinę gazową. Uważamy, że będziemy w stanie zaoszczędzić więcej tego ciepła niż obecna technologia magazynowania, zwiększając w ten sposób wydajność netto”. – Sieć wiadomości klimatycznych