Un tipo completamente nuovo di bioreattore per la produzione biologica di metano ha consentito per la prima volta di utilizzare livelli di pressione estremamente elevati e ha fissato nuovi standard di efficienza per la conversione della CO ₂ e H ₂ in metano. Questo miglioramento significativo rispetto ai bioreattori convenzionali è dovuto a miliardi di microrganismi che prendono vita veramente solo sotto pressione estrema, così come la società austriaca Krajete GmbH, che ha progettato il bioreattore e ha ora costruito il primo impianto pilota per testare la tecnologia. L'installazione di successo ha richiesto una combinazione di esperienza nell'implementazione di strutture chimiche e competenze biologiche.

La pressione è alta! Le dichiarazioni politiche di intenti sul cambiamento climatico e la trasformazione energetica stanno imponendo all'industria l'onere di elaborare idee sempre più intelligenti. Una tale idea, nato da un'idea della società austriaca Krajete GmbH, si concentra sulla produzione di gas ecologico, utilizzando la fermentazione del gas per produrre metano da CO ₂ . L'azienda ha sviluppato un bioreattore che offre enormi guadagni nel tasso di conversione utilizzando pressioni estremamente elevate. La chiave di questo successo sono i cosiddetti archaea, microrganismi che vivevano in epoca preistorica e sono abituati a condizioni di estrema pressione. E utilmente possono anche trasformare la CO ₂ in gas naturale "verde".

Pulito ed efficiente

"Il nostro impianto ha raggiunto tassi di conversione prima irraggiungibili, perché una pressione più alta accelera i processi di trasformazione chimica, " ha spiegato Alexander Krajete, CEO di Krajete GmbH. "Inoltre, il processo di fermentazione degli archei utilizza l'idrogeno. Ciò significa che CO ₂ normalmente prodotto durante la fermentazione biologica viene anche convertito in metano, e non rappresenta più un contaminante come con la fermentazione della biomassa. Quindi con questa resa maggiore l'impianto produce metano virtualmente puro invece di biogas impuro. Sulla base di questo principio, quasi tutta CO ₂ contenenti gas di emissione possono essere aggiornati direttamente."

L'azienda ha sviluppato l'impianto di fermentazione ad alta efficienza attraverso la combinazione innovativa di due campi che normalmente sono visti come completamente distinti:chimica e biologia. "Nel settore dell'impiantistica chimica è risaputo che pressioni più elevate aumentano i tassi di conversione, "dice Krajete, riferendosi all'idea alla base del bioreattore ad alte prestazioni. "Ma applicare questo semplice concetto a un bioreattore è un grande compito, perché i microrganismi utilizzati devono essere in grado di resistere a tale pressione. E la maggior parte di loro non lo sono".

Microbi preistorici addomesticati

Krajete GmbH ha potuto attingere alla sua vasta conoscenza di archaea, un gruppo di microrganismi che esiste sulla Terra da miliardi di anni e che oggi si trova in luoghi dove temperature o pressioni estreme sono la norma. L'azienda era già riuscita a "domare" l'archaea per la produzione di gas naturale nel 2013. Cinque brevetti sono stati registrati per salvaguardare questo successo. Lo sviluppo del bioreattore ad alte prestazioni consentirà all'azienda di sfruttare appieno il potenziale di questo approccio. "Il nostro impianto pilota ha dimostrato che possiamo ottenere 500 litri di metano all'ora da soli dieci litri di liquido a una pressione di 15 bar. Queste cifre per la produzione di gas naturale biosintetico non hanno rivali in tutto il mondo".

Un elemento particolarmente impegnativo del processo di sviluppo sono stati i sensori resistenti alla pressione, che misurano i "segni vitali" della fermentazione del gas (come i livelli di pH e il potenziale redox). Questi sono stati sviluppati appositamente per il bioreattore ad alte prestazioni da un fornitore leader mondiale della Germania. Il passo successivo è stato quello di acquisire una conoscenza dettagliata di come preservare e controllare la vita in condizioni di pressione estrema. La pressione nel bioreattore non deve cambiare troppo rapidamente, nonostante la necessità di aggiungere terreno o prelevare campioni. I rapidi cambiamenti di pressione metterebbero l'archaea sotto stress enorme e comporterebbe una riduzione delle prestazioni, o causare la morte dei microbi. Grazie alla sua lunga esperienza di lavoro con questi microbi e nella costruzione di tali strutture, Krajete GmbH è stata in grado di vincere la sfida. Il nuovo design dell'impianto non è adatto solo per piccoli bioreattori; può essere utilizzato anche in impianti di grandi dimensioni.