Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstens røg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Menneskeskabte CO2-udledninger slår endnu engang rekordniveauer. 

Den nævnte CO2 forventes i nær fremtid at blive en essentiel byggesten for kulstofbaserede molekyler, som kan erstatte det fossile kulstof, der bruges overalt omkring os for eksempel brændstoffer og materialer. 

Nuværende metoder til kulstoffangst baseres på kemisk fangst af CO2. Bred anvendelse af nuværende teknologier er dog udfordret af det høje energiforbrug i form af varme som kræves for at frigive og koncentrere indfanget CO2.

Først, når CO2 `en er koncentreret, kan den sendes til videre raffinering til brugbare grønne molekyler i endnu en energikrævende proces. I stedet for varme anvendes autotrofe mikroorganismer til energieffektivt at frigive CO2´en fra sorbeterne, og direkte omdanne det til grønne molekyler som eddikesyre og metan ved hjælp af grøn brint. CO2 er fremtidens byggesten - hvis vi effektivt kan fange og omdanne den.

Mikroorganismer har gennem milliarder af år forfinet deres evne til at anvende CO2.

Visse autotrofe mikrober har gennem milliarder af år specialiseret sig i at syntetisere unikke enzymer, der kan omdanne det termodynamisk stabile CO2-molekyle som en del af deres energimetabolisme. Dette svarer til brugen af ilt i vores egen menneskelige respiration. I modsætning til mennesker, så kan mange mikroorganismer bruge andre stoffer end ilt som oxidanter, som del af deres respiration. Autotrofe mikrober som metanogener og acetogener, bruger CO2 i deres respiration, mens ilt er giftigt for dem Disse mikrober anvendes allerede aktivt i biogasbranchen, hvor de medvirker til nedbrydningen af organiske stoffer under dannelse af eddikesyre og metan. Disse processer udgør i anlæggene en integreret del af biogasproduktionen og produktionen af biometan - et grønt alternativ til fossil naturgas.

Udover deres rolle i biogasproduktion kan processerne også anvendes til omdannelse af CO2 via tilført brint. Brinten kan her produceres ved spaltning of vand med elektrolyse drevet af grøn energi - Power-to-X. Mikroorganismerne kan således anvendes til produktion af kemisk energi i grønne molekyler fra grøn strøm. Sådanne processer kan dog også spille en rolle i fangst og omdannelse af CO2(CCU) Bio-integreret kulstoffangst og udnyttelse. En ny biologisk tilgang til CO2-fangst og omdannelse Kemisk adsorption, den nuværende mest modne CO2-fangstteknologi, blev udviklet for næsten 100 år siden. Det er dog enormt energi-intensivt at få sorbenterne til at slippe CO2 `en efter fangst med termisk energi, hvilket er en stor begrænsning i forhold til dens udbredelse.

Ved kontinuerligt at fjerne den lille mængde opløst CO2, forskydes ligevægten fra HCO3 mod CO2, og processen foregår derfor med koncentrationsgradienten og kræver langt mindre energi end nuværende konventionelle termiske løsninger. Teknologikonceptet er blevet navngivet "Bio-Integrated Carbon Capture and Utilization", da den integrerer biologiske processer og CO2-fangst, og således erstatter den termiske CO2 desorptionsenhed med en bioreaktor. Ved at kombinere frigørelse og omdannelse reduceres både energien til CO2-fangst og omdannelse, samt behov og omkostninger til ekstra enheder man normalt anvender til fangst og omdannelse af CO2, herunder oplagring og transport af CO2 `en.

Opdagelsen af dette synergetisk forhold mellem kemiske sorbenters evne til at fange og binde CO2, og autotrofe mikroorganismer til at frigive og omdanne CO2, har ikke været ligetil.

Derfor arbejder mikrobiologer, procesingeniører og kemikere tæt sammen om forskning og udvikling i grænsefladen mellem kemi og biologi for at udvikle systemer, der kan fange og omdanne CO2 fra skorstenene til grønne produkter.

Med den fortsatte udvikling håber forskerne på at udvikle ny bioteknologi, der kan understøtte udnyttelsen og værdiskabelsen af CO2 selv fra svær tilgængelige kilder som røggas Disse organismer findes naturligt i iltfattige miljøer såsom i marine sedimenter.