Ny forskning: Med CO2-ædende bakterier kan vi rense skorstensrøg og genbruge kulstoffet i nye produkter

Forskere fra Aarhus Universitet (AU) har udviklet en ny teknologi, der ved hjælp af mikroorganismer vil omdanne CO₂ i røggas direkte til nye formål – eksempelvis brændstoffer eller andre stoffer, vi kan bruge i den kemiske industri.

Teknologien formår at udnytte CO₂ som råstof i modsætning til konventionel CO₂-fangst, såkaldt Carbon Capture and Storage, CCS, der har til formål at indfange kulstof fra røggas og omdanne det til fast stof, der så kan lagres i f.eks. undergrunden.

Forskningen er netop publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications.

”I en netto-nul-fremtid er vi nødt til at benytte os af teknologi, hvor vi genbruger den CO₂, vi indfanger, i stedet for at blive ved med at hive mere op af jorden,” siger Amalie Kirstine Hessellund Nielsen, ph.d.-studerende ved Institut for Bio- og Kemiteknologi og en af hovedforfatterne bag forskningen.

Hyperspecialiseret proces

CO₂ fra røggasser er globalt set den største bidragyder til forhøjet koncentration af klimagassen i atmosfæren. Samtidig er det en af de punktkilder, som er mest problematisk at komme af med, fordi CO₂ i røggasser fra f.eks. industri-skorstene er fortyndet, og derfor er vanskelige at fjerne uden store ekstraomkostninger.

Den nye teknologi tager udgangspunkt i en anden slags CO₂-fangst, Carbon Capture and Utilisation, CCU, hvor man ved hjælp af såkaldt aminskrubning fjerner CO₂ fra røggasser ved hjælp af kemikalier, der binder CO₂’en. Ved konventionel Carbon Capture bruger man herefter høj varme for at separere kulstoffet fra kemikalierne i et lukket kredsløb. Den koncentrerede CO₂ kan herefter raffineres yderligere i andre krævende processer.

Den teknologi, forskerne fra AU i stedet foreslår er er en ny form for såkaldt Bio-integreret Carbon Capture and Utilisation, BICCU, hvor man genbruger kulstoffet direkte i kredsløbet, og derved undgår mange af de konventionelle procestrin. Det foregår i forskningen fra AU ved hjælp af mikroorganismer, der både fjerner og omdanner CO₂ fra røggasserne direkte i fangstenheden i stedet for at bruge høj varme.

”Mikroorganismer er hyperspecialiserede i processen med at optage og omdanne CO₂ og har forfinet denne proces gennem milliarder af år. Det udnytter vi i vores bioreaktorer. Så i stedet for at bruge varme tilsætter vi mikroorganismer, der kan hive CO₂’en væk fra kemikalierne og lader os spare varmeregningen,” siger Mads Ujarak Sieborg, postdoc ved Institut for Bio- og Kemiteknologi og ligeledes hovedforfatter på den nye forskning.

På denne måde optager mikroorganismerne kulstoffet gennem deres metabolisme og omdanner det til andre produkter, eksempelvis metan, som kan genbruges direkte i industrien.

”Det, der kommer ud af mikroorganismerne, er f.eks. grøn naturgas eller eddikesyre eller andre kemiske byggeblokke, som vi kan bruge videre i vores industrier, i stedet for at hive kulstof op af jorden,” fortsætter Mads Ujarak Sieborg.

Incitament til Carbon Capture

Indtil videre er Carbon Capture stadig en ny teknologi, som ikke mange industrier har taget til sig. Biogasanlæg er begyndt at indfange CO₂ fra deres produktion, fordi fraktionen af CO₂ i gasserne er så høj, op til 50%. Men i almindelig skorstensrøg fra industrier er fraktionen af CO₂ langt mindre, omkring 5-10%.

Årsagen til den begrænsede implementering af Carbon Capture skal findes i, at processen med opvarmning for at separere kulstoffet fra kemikalierne er meget dyr. Den mængde energi, det koster for at lave den øvelse, udgør omkring 30% af al den energi, som kraftværket producerer.

Og håbet er derfor ifølge forskerne, at den mikrobiologiske vej kan åbne op for større incitament til Carbon Capture, fordi omkostningerne er langt lavere, og fordi man samtidig med at indfange CO₂’en omdanner den til nye produkter:

”Den biologiske proces opererer ved langt lavere temperaturer, og vores mikrober er resistente over for de gasarter, der er i røggasserne. Men mikroorganismer skal bruge brint til deres proces, som vi får via elektrolyse. Det er brint, der er den begrænsende faktor i systemet i dag, så der er stadig nogle udfordringer, før vi står med en færdig teknologi, men der er også løsninger på problemerne. Vi har et væld af forskellige reaktorer, vi kan teste allerede nu, det handler primært om at sætte systemet rigtigt sammen,” siger Amalie Kirstine Hessellund Nielsen.

Hun fortsætter:

”CCU er en lille, men nødvendig brik for at komme i mål med den grønne omstilling af vores industrier og nå et netto-nul, hvor emissioner af drivhusgasser og fjernelse af disse gasser er i balance. Dog kan teknologien ikke erstatte implementeringen af vedvarende energikilder, som stadig er det vigtigste værktøj i den grønne omstilling.”

----------

FAKTABOKS:

Normalt er et system med CO₂-fangstbygget op i to kolonner. I den første kolonne løber røggassen igennem, inden den ryger ud af skorstenen. Kolonnen er fyldt med særlige kemikalier, der indfanger CO₂-en på væskeform, såkaldt aminskrubning.

Kemikalierne og CO₂’en pumpes herefter over i den anden kolonne, som opvarmes til 120-140 grader, hvilket frigiver CO₂ igen, som efterfølgende kan komprimeres og lagres.

I CCU-systemet er første kolonne ens med konventionel CO₂-fangsr, men i anden kolonne tilsættes mikroorganismer og brint og en biologisk proces går i gang, hvor mikroorganismerne adskiller kulstoffet og bruger det metabolisk. Resultatet er et slutprodukt, der er afhængig af hvilke mikroorganismer, man benytter, men som er skræddersyet til videre brug i kulstofkrævende industrier.

Alternativet er, at det kulstof, industrierne skal bruge, hives op fra jorden i form af fossil olie og naturgas.