Oamenii de știință au folosit microbi ținuți la 30°C ca să transforme curentul electric în gaz natural. Invenția ar putea ajuta orașele să aibă căldură când nu este soare sau vânt

Invenția cu microbi care ar putea schimba felul în care stocăm energia

Pe scurt, cercetătorii au folosit curent electric pentru a descompune apa și a obține hidrogen. Apoi, microorganismele, numite metanogeni, au folosit acel hidrogen și dioxidul de carbon pentru a produce metan. Gazul rezultat ar putea fi stocat, transportat prin conductele existente și folosit acolo unde oamenii au nevoie de căldură sau energie.

Invenția nu înseamnă că omenirea va avea imediat gaz ieftin „din apă”, dar energia produsă de soare și vânt, care nu poate fi folosită mereu pe loc, ar putea fi transformată într-un combustibil care se păstrează mai ușor decât electricitatea.

Cum ajung apa, CO2-ul și curentul să devină gaz natural

Metanul are formula chimică CH4. Este gazul pe care îl folosim, în mod obișnuit, pentru încălzire, centrale și unele procese industriale. Diferența este că, în acest caz, metanul nu este scos din subteran, ci produs într-un reactor.

Reactorul creat de echipa condusă de Bruce Logan, directorul Institutului pentru Energie și Mediu de la Penn State, folosește electricitate din surse precum panourile solare sau turbinele eoliene. Această electricitate descompune apa și produce hidrogen.

Apoi intră în scenă microbii. Ei nu sunt folosiți la întâmplare, ci într-un proces controlat. Microorganismele consumă hidrogenul și transformă dioxidul de carbon în metan. Este o metodă numită electrosinteză microbiană, testată de mai mult timp în laboratoare, dar greu de mărit la scară mai mare fără pierderi de eficiență.

Microbii au fost ținuți la 30°C, nu la sute de grade

Una dintre părțile importante ale invenției este temperatura. În metodele industriale clasice de producere a metanului din CO2 și hidrogen, procesul are nevoie de temperaturi mari, de câteva sute de grade Celsius, și de condiții tehnice mai greu de controlat.

În noul reactor, testele au fost făcute la 30°C. Asta înseamnă o temperatură apropiată de o zi foarte caldă de vară, nu de un cuptor industrial. Microbii lucrează în aceste condiții și produc metan fără să fie nevoie de temperaturile mari folosite în unele procese clasice.

Penn State arată că reactorul a produs până la 6,9 litri de metan pe zi pentru fiecare litru de volum al reactorului, în testele realizate la 30°C. Sistemul a avut o eficiență coulombică de peste 95%, adică cea mai mare parte a curentului folosit în reacție a mers spre producerea metanului.

De ce această invenție ar putea ajuta orașele

Problema energiei solare și eoliene este că nu apare mereu atunci când oamenii au nevoie de ea. Panourile produc mai mult când este soare, turbinele produc mai mult când bate vântul, dar orașele au nevoie de căldură și energie și noaptea, și iarna, și în zilele fără vânt.

Aici ar putea fi util metanul produs cu ajutorul microbilor. În loc ca energia verde să fie pierdută sau vândută ieftin când producția este prea mare, ea ar putea fi transformată în gaz, gaz care poate fi stocat și folosit mai târziu, inclusiv pentru încălzire sau pentru centrale.

Bruce Logan spune că, pentru stocare pe perioade lungi, energia trebuie pusă într-o formă chimică. Metanul este o astfel de formă, pentru că poate fi păstrat și transportat prin infrastructura de gaz deja existentă.

Gazul produs de microbi ar putea intra în conductele existente

Un avantaj mare este că metanul nu cere o infrastructură complet nouă. În multe țări există deja conducte, depozite și instalații care folosesc gaz natural. Dacă metanul este produs din energie regenerabilă și CO2 captat, el ar putea fi introdus în aceste sisteme.

Cercetătorii văd astfel de reactoare amplasate lângă ferme solare sau eoliene. În loc ca tot curentul să plece direct în rețea, o parte ar putea fi folosită pentru producerea de metan. Gazul ar putea fi apoi trimis în conducte sau stocat pentru perioadele în care producția de energie verde scade.

Logan a explicat că ideea este folosirea electricității regenerabile ieftine pentru a produce metan care poate ajunge în sistemele actuale de stocare și transport al gazului.

La ce ar putea fi folosit gazul făcut din apă și CO2

Utilitatea cea mai clară nu este pentru consumul casnic imediat, ci pentru domeniile unde gazul este încă greu de înlocuit. De exemplu, încălzirea orașelor, centralele termice, unele fabrici, industria grea sau transporturile care au nevoie de combustibil dens energetic.

Pentru gospodării, efectul ar putea apărea indirect. Dacă orașele ar avea o metodă mai bună de a stoca energia verde sub formă de gaz, sistemele de încălzire ar putea depinde mai puțin de gazul fosil extras din pământ. Asta nu înseamnă facturi mai mici de mâine, dar poate însemna o sursă mai stabilă și mai curată de energie în viitor.

Pentru industrie, acolo unde procesele au nevoie de temperaturi ridicate și nu pot fi trecute simplu pe baterii, un gaz produs din CO2 și energie regenerabilă ar putea fi o soluție mai realistă decât electrificarea completă.

Nu este o soluție miraculoasă și nu elimină toate emisiile

Metanul, chiar și atunci când este produs sintetic, tot eliberează CO2 când este ars. Diferența este că, în varianta ideală, acel CO2 a fost captat înainte și refolosit, nu scos din subteran sub formă de combustibil fosil.

De aceea, invenția nu trebuie înțeleasă ca o metodă de a produce energie din nimic. Reactorul are nevoie de electricitate regenerabilă, apă și dioxid de carbon. În plus, eficiența energetică totală raportată de cercetători a fost de aproximativ 45%-47%, chiar dacă eficiența procesului de conversie a curentului în metan a depășit 95%.

Mai există și problema scurgerilor de metan. Metanul este un gaz cu efect de seră puternic, iar orice pierdere în atmosferă poate reduce beneficiul climatic al tehnologiei. De aceea, cercetătorii spun că scurgerile trebuie controlate foarte strict.

Ce au schimbat cercetătorii la reactor

Marea problemă a acestor sisteme a fost trecerea de la laborator la instalații mai mari. În dispozitive mici, randamentul poate arăta bine dar, când sistemul este mărit, apar pierderi, rezistență internă și zone în care reacția nu mai merge la fel de eficient.

Cercetătorii au folosit un reactor de tip „zero-gap”. Asta înseamnă că electrozii sunt separați doar de o membrană, fără spații mari între componente. Hidrogenul produs ajunge imediat la microbii care îl folosesc, iar procesul devine mai eficient.

Potrivit Penn State, echipa a mărit sistemul de aproximativ zece ori față de dispozitivele de laborator, fără să piardă performanța, ceea ce demonstrează că metoda poate fi dusă spre o scară mai practică. Dacă tehnologia va deveni suficient de ieftină și sigură, ea ar putea ajuta la reducerea dependenței de gazul natural extras din subteran.

Abonați-vă la ȘTIRILE ZILEI pentru a fi la curent cu cele mai noi informații.

ABONEAZĂ-TE