Unieke apparatuur voor biotechnologische afvang en omzetting van CO2 in chemische bouwstenen
Ontwikkeld in het BioRECO2VER-project
Als projectcoördinator ontwierp VITO een flexibele en multifunctionele hogedrukfermentor, op maat gemaakt voor onderzoeksactiviteiten met geavanceerde online sensoren, monitoring en controle, inclusief een membraanfiltratie-eenheid om hoge concentraties van de microbiële biokatalysatoren te bereiken.
CO2 als hernieuwbare koolstofbron
Koolstof is het hoofdbestanddeel van talrijke materialen die in industriële processen en in ons dagelijks leven worden gebruikt. Het wordt momenteel meestal geleverd uit fossiele bronnen. Maar wat als koolstof rechtstreeks uit CO2-emissies zou kunnen worden gebruikt? Vooral biotechnologie biedt grote mogelijkheden voor de eco-effectieve omzetting van klimaatschadelijke CO2-emissies in waardevolle basischemicaliën. Een consortium van 12 partners heeft deze piste onderzocht in het door de EU gefinancierde BioRECO2VER-project, waarbij de omzetting van CO2-emissies van raffinaderijen en de cementindustrie in de chemische bouwstenen isobuteen (C4H8) en lactaat (C2H6O3) werd onderzocht.
Innovatief chemo-enzymatisch concept voor CO2-afvang
Projectpartner Luleå University of Technology (LTU) richtte zich op de eerste processtap van het afvangen en concentreren van CO2 uit industriële puntbronnen. Hun team ontwikkelde een hybride chemo-enzymatisch proces dat bestaat uit een nieuw oplosmiddelenmengsel en een ultrastabiel koolzuuranhydrase (CA)-enzym. Het oplosmiddelenmengsel omvatte een aminozuur-ionische vloeistof en een tertiair amine en vertoonde een goed compromis tussen enzymcompatibiliteit, absorptiesnelheid, capaciteit en desorptiepotentieel. Bovendien genereerde LTU ultrastabiele enzymmutanten die 50% meer weerstand vertoonden tegen geselecteerde rookgasremmers in vergelijking met de oorspronkelijke CA. Dit 3-componenten CO2-afvangproces werd opgeschaald in een proefinstallatie, en de opstelling werd verder gebruikt voor echte restgasvoorbehandeling in het project.
Twee unieke proefinstallaties voor biotechnologische omzetting/gebruik van CO2
De biotechnologische omzetting van (afgevangen) CO2 en het co-substraat waterstof door micro-organismen brengt technische en economische uitdagingen met zich mee omdat deze plaatsvindt in de vloeistoffase en de substraten gassen zijn die slecht oplosbaar zijn. Het BioRECO2VER-project onderzocht twee benaderingen om dit aan te pakken: fermentatie onder verhoogde druk en bio-elektrochemie met in situ productie van waterstof.
Fermentor onder druk
Projectcoördinator VITO ontwierp een flexibele en multifunctionele hogedrukfermentor, op maat gemaakt voor onderzoeksactiviteiten met geavanceerde online sensoren, monitoring en controle, en ook inclusief een membraanfiltratie-eenheid om hoge concentraties van de microbiële biokatalysatoren te bereiken. De opstelling is uitgebreid getest in het BioRECO2VER-project, zowel met zuivere CO2 als met CO2-rijke restgassen, maar kan ook worden gebruikt voor onderzoek met andere slecht oplosbare gassen, zoals methaan, zuurstof of synthesegas. Een druk tot 10 bar is mogelijk. Meer informatie is hier te vinden.
Eerste bio-elektrochemisch platform uitsluitend op basis van CO2
De universiteit van Girona heeft een bio-elektrochemisch platform ontworpen en getest dat uniek is in de wereld. De belangrijkste onderscheidende kenmerken van de pilootinstallatie zijn:
- Twee parallelle lijnen om gemanipuleerde stammen en bio-elektrochemische systemen te testen
- Volledig geautomatiseerde pilootinstallatie die in staat is de belangrijkste operationele parameters (pCO2, pO2, pH2, pH, temperatuur) te controleren om de procesprestaties te intensiveren
- Scheidingseenheid voor vast-vloeibaar materiaal (membraan) om de planktoncellen te recupereren en terug te brengen in de bio-elektrochemische systemen.
Een video van het proefproject is hier beschikbaar.
Deze unieke infrastructuur zal na afloop van het project worden gebruikt ter ondersteuning van verdere onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten op het brede gebied van CO2-afvang en -conversie.
Gratis toegang tot alle projectresultaten
Afgelopen november heeft het consortium de hoogtepunten van het project en aanvullende resultaten gedeeld met een breed en internationaal publiek. Alle presentaties zijn hier vrij toegankelijk.
Het BioRECO2VER-project werd gefinancierd door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie onder subsidieovereenkomstnummer 760431. Meer informatie is te vinden op: www.bioreco2ver.eu en cordis.europa.eu.
Bron: nova-institute.eu
