CO2 valoriseren via biotechnologische processen. Om de klimaatverandering om te buigen zijn verschillende strategieën nodig. Eén daarvan is Carbon Capture and Utilisation (CCU): CO2 uit puntbronnen en eventueel zelfs uit de lucht omzetten naar commercieel waardevolle chemicaliën. Biotechnologische processen als fermentatie en bio-elektroconversie hebben hun technische haalbaarheid al bewezen.
“Ons onderzoek rond fermentatie voor de valorisatie van afvalstromen loopt al vijf jaar, maar pas de laatste jaren gebruiken we CO2 in onze processen”, legt Linsey Garcia-Gonzalez, onderzoeker bij VITO, uit. “Door bepaalde bacteriën onder specifi eke omstandigheden te voeden met CO2 ontstaat polyhydroxyalkanoaat (PHA): een polymeer met tal van toepassingsmogelijkheden.”
Unieke infrastructuur
De productie van PHA vindt plaats in aanwezigheid van zuurstof en waterstof. Om veilig met dit potentieel explosieve gasmengsel te kunnen werken, ontwikkelde VITO een unieke set-up: een bioreactor gekoppeld aan een speciaal gasanalyse- en doseringssysteem. “Ons systeem beantwoordt aan de geldende Europese ATEX-richtlijnen (ATmosphères EXplosibles)”, vertelt Garcia-Gonzalez. “Met behulp van een online gaschromatograaf kennen we altijd de exacte samenstelling van de gasfase in de reactor en kunnen we de veiligheid garanderen, ook bij processen die zuurstof vereisen. Bovendien laat dit systeem toe om de gassamenstelling continu bij te sturen in functie van het verbruik. Een eigen softwaresysteem zorgt voor de aansturing.”
Eerste tests met reële afgassen
Na tests met synthetische gasmengsels werd de stap gezet naar het gebruik van reële CO2-rijke afgassen uit de industrie. “De experimenten toonden vergelijkbare PHA-opbrengsten aan onder analoge werkingscondities”, vult Garcia-Gonzalez aan. In 2015 werd hierover ook een doctoraat afgerond. In een samenwerking met de UGent, bestudeerde Salatul Mozumder hoe PHA geproduceerd kan worden uit industriële organische nevenstromen en CO2. 3D-printing In het kader van het MIP(1)-project CO2MPASS (2015-2017), wil VITO de komende jaren enerzijds de eigenschappenvan PHA uit CO2 aanpassen in functie van verschillende toepassingen en anderzijds enzymatische processen bestuderen voor CO2-conversie naar monomeren. Garcia-Gonzalez: “Voor 3D-printing bijvoorbeeld is het copolymeer polyhydroxybutyraat- valeraat (PHBV) nodig. In combinatie met polymelkzuur (PLA) levert dit een duurzaam fi lament op dat als grondstof kan dienen voor 3D-printing. PHBV kunnen we bekomen via fermentatie. Melkzuur, het monomeer van polymelkzuur, kunnen we uit CO2 maken via een enzymatisch proces.”
Gepatenteerde elektrodes
CO2 kan ook omgezet worden via bio-elektroconversie. In dit geval zetten bacteriën, in aanwezigheid van elektrische stroom, CO2 om in nuttige chemische producten als acetaat of ethanol. VITO heeft twee gepatenteerde elektrodes op de markt: VITO CoRETM en VITO CaSETM. Deze zijn gas-poreus en gecoat met bioactieve lagen die bacteriën bevatten. In plaats van bacteriën kunnen ook enzymen de reactie aandrijven. In een postdoctoraal onderzoeksproject (Marie Curie ELECTROENZEQUEST, 2013-2015) werd de enzymatische omzetting van CO2 tot mierenzuur bijgesteld. De technologie kan nu voort ingezet worden om meer hoogwaardige componenten aan te maken.
Groene energie
“Er is veel energie nodig om CO2 om te zetten naar nieuwe stoffen. Een bio-elektrochemisch systeem heeft als voordeel dat elektrische stroom als directe energiebron kan worden gebruikt”, legt onderzoeker Deepak Pant van VITO uit. “De elektrische stroom voor dit proces kan bovendien aangeleverd worden door groene energiebronnen, zoals windenergie of fotovoltaïsche cellen. De overschotten aan groene energie zouden op grote schaal elektrosynthesemodules kunnen aandrijven.” De koppeling van hernieuwbare energie aan elektroconversie stond onder meer centraal in de deelname van VITO aan het innovatieconcours ClimateLaunchpad 2015. Onderzoekers van VITO kregen daar een top tien-notering en mogen nu in het kader van het Climate-KIC Accelerator Programme dit concept verder uitwerken tot een start-up.
Pilootinstallatie in India
Ook in India werkt VITO aan de ontwikkeling van CO2-conversie. Samen met tien partners, waaronder VITO, richtte het Indiase petrochemiebedrijf Indian Oil in 2013 een Center of Excellence for CO2 Conversion op. Bedoeling is om over vijf jaar een grootschalige pilootinstallatie te bouwen.
