I batteri "elettrici" sono l'ingrediente chiave di un nuovo processo sviluppato dall'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy che ricicla le acque reflue dalla produzione di biocarburanti per generare idrogeno. L'idrogeno può quindi essere utilizzato per convertire il bio-olio in combustibili liquidi di qualità superiore come benzina o diesel.

"Stiamo risolvendo più problemi contemporaneamente, " ha affermato il ricercatore dell'ORNL Abhijeet Borole, che ha guidato un progetto pluriennale per lo sviluppo del sistema.

La dimostrazione su scala di laboratorio del team può produrre 11,7 litri di idrogeno al giorno alle velocità richieste per le applicazioni industriali. Borole osserva che sebbene sia necessario più lavoro per portare la tecnologia su scala commerciale, i loro progressi dimostrano il potenziale dell'elettrolisi microbica per rendere le bioraffinerie più efficienti ed economicamente sostenibili.

Proprio come una raffineria di petrolio convenzionale, il concetto di bioraffineria è focalizzato sulla conversione di materiali vegetali in prodotti di maggior valore, compresi idrocarburi e prodotti chimici.

L'elettrolisi microbica è alimentata da elettrogeni, batteri che digeriscono i composti organici e generano una corrente elettrica. Il borole ha messo questi batteri all'opera per scomporre gli acidi organici nel bioolio liquido prodotto da materie prime vegetali come l'erbaccia. Normalmente, circa un quarto del bioolio liquido è acqua contaminata che contiene acidi corrosivi.

"Stiamo prendendo questi rifiuti, che può essere dal 20 al 30 percento della biomassa che metti nel processo, ricavandone idrogeno e rimettendo quell'idrogeno nell'olio, " disse Borola.

L'idrogeno generato dai microbi potrebbe sostituire la necessità di gas naturale, che viene utilizzato successivamente nel processo di produzione per aggiornare il bio-olio in combustibili liquidi drop-in più desiderabili.

"Puoi riciclare l'acqua, produrre idrogeno pulito ed eliminare il gas naturale, " disse Borola.

I ricercatori hanno sviluppato una procedura per evolvere e arricchire una comunità batterica resistente che potrebbe tollerare i composti tossici nelle acque reflue del biocarburante. Questo delicato equilibrio ha comportato anche l'ottimizzazione del processo generale e dei parametri di sistema per consentire il successo dei batteri.

"Stai cercando di estrarre in modo efficiente gli elettroni da centinaia di composti e produrre idrogeno, " Borole ha detto. "Come si fa a farlo quando i sottoprodotti della pianta stanno avvelenando questo cibo batterico? Devi trovare un modo per negare o neutralizzare quel veleno ed essere in grado di produrre quegli elettroni allo stesso tempo".

In questa applicazione, il veleno batterico si presenta sotto forma di prodotti creati dalla degradazione della lignina, un polimero resistente che si trova nelle pareti cellulari delle piante. Ma capire come costruire e ottimizzare sistemi di elettrolisi microbica in grado di tollerare e trattare le acque reflue contaminate potrebbe avere benefici al di fuori della produzione di biocarburanti.

"Questi sistemi hanno il potenziale per un'ampia gamma di applicazioni, compresa la produzione di energia, biorimedio, sintesi chimica e di nanomateriali, elettrofermentazione, stoccaggio di energia, dissalazione e trattamento delle acque prodotte, " ha detto Alex Lewis, uno studente di dottorato presso il Bredesen Center for Interdisciplinary Research and Education dell'Università del Tennessee.

Il team di ricerca è ora concentrato sul completamento di un'analisi del ciclo di vita della tecnologia per valutare le sue emissioni di gas serra e l'uso dell'acqua.