Tuuli- ja aurinkosähkölle parempi varasto


Biotieteilijöiden ekologinen osaaminen valjastettiin biotalouden avuksi. Uudenlaisessa bioreaktorissa mikrobit muuntavat vetyä ja hiilidioksidia metaaniksi.


Normaalissa biokaasuvoimalassa metaania poltetaan energiaksi, mutta nyt on kehitetty uusi bioreaktori, joka mahdollistaa hiilidioksidin muuttamisen – tai palauttamisen – metaaniksi. Prosessi on soilta tuttu.

– Suon pinnan kasvimateriaali hajoaa vedenpinnan alapuolella bakteeritoiminnan ansiosta, ja syntyy hiilidioksidia ja vetyä. Silloin tietyt arkit käyttävät hiilidioksidia ja vetyä tuottaakseen metaania, Helsingin yliopiston molekyyliympäristömikrobiolo-gian ryhmän johtaja Kim Yrjälä selittää.

Biokaasuvoimaloiden normaaliprosessissa metaani (CH4) yhtyy happeen (O2) ja palamistuotteena syntyy hiilidioksidia (CO2) ja vettä (H2O) sekä paljon lämpöenergiaa, joka voidaan muuntaa generaattoreilla sähköksi.

Luonnonvarakeskuksen tutkijoiden kehittämässä bioreaktorissa prosessi on päinvastainen. Ensin vesi hajotetaan elektrolyysissa sähköenergian avulla vedyksi (H2) ja hapeksi. Vety johdetaan hiilidioksidin kanssa bioreaktoriin, jossa tietyt arkit eli arkeonit tai arkkieliöt muuntavat lähtöaineet metaaniksi.

Mikrobien ekologian spesialisti

Arkit ovat yksisoluisia eliöitä, jotka muodostavat yhden eliökunnan kolmesta domeenista – bakteerien ja aitotumaisten rinnalla. Arviolta viidesosa maapallon biomassasta koostuu arkeista, mutta ne tunnetaan varsin huonosti verrattuna bakteereihin.

– Minkälainen arkkien kirjo tuottaa soiden metaanin, myös se on tiedetty vasta alle kymmenen vuotta, Yrjälä kertoo.

Luonnonvarakeskuksen tutkijoiden metaanireaktori-hankkeessa hänen roolinsa on nimenomaan parantaa ymmärrystä metaanin tuotannon mikrobiekologiasta.

Mikrobicocktail suon pohjalta

Luonnonvarakeskuksen tutkijat ottivat reaktoriinsa mikrobicocktailin tai "ympin" suomalaisen suon pohjasta. Nyt Yrjälä mikrobiekologikollegoineen on analysoinut tuon mikrobicocktailin DNA-koostumuksen käyttäen hyväksi massiivista sekvensointia ja bioinformatiikkaa.

Näytteen mikrobeista valtaosa oli bakteereita ja alle viidennes kuului arkkien haluttuun pääjaksoon, eury-arkkeihin. Niistäkään kaikki eivät tuota metaania.

– Tämä ei ole ongelma. Kun ymppi toimii tehokkaasti, kaikki on hyvin. Mikrobiekosysteemit ovat aina hyvin rikkaita ja monimuotoisia, Yrjälä sanoo.

– Testaamalla ja analysoimalla erilaisia ymppejä voimme haarukoida, mitkä metaania tuottavat arkit ja mitkä ympin kokonaiskoostumukset ovat tehokkaimpia.

Uusiutuvat talteen metaanina

Vetyä ja hiilidioksidia metaaniksi muuntavalla bioreaktorilla saattaa olla kysyntää esimerkiksi tuulipuistojen yhteydessä.

Tuuli- tai aurinkosähkön ongelma on, että sähköntuotanto heilahtelee sään mukaan eikä aina vastaa kulutusta. Sähköverkon ylijäämäsähkö ei varastoidu minnekään, ja energian varastointi akkuihin on kallista.

Siksi ylijäämäsähköä muutetaan elektrolyysillä vedyksi. Vety sinällään on tehokas polttoaine, mutta sen muuntaminen edelleen metaaniksi voisi usein olla paras ratkaisu.

– Metaania on paljon helpompi käsitellä kuin räjähdysherkkää ja helposti karkaavaa vetyä, Luonnonvarakeskuksen tutkija Anni Alitalo sanoo.

– Lisäksi metaanille eli maakaasulle on jo nyt olemassa vankka infrastruktuuri, kun vedylle se on vasta kehitteillä.

Muuntoprosessissa vedystä metaaniksi polttoaineen energia-arvosta menetetään vajaat parikymmentä prosenttia.

Luonnonvarakeskusen koereaktori on kooltaan 18-litrainen. Seuraavaksi on tarkoitus rakentaa 100-litrainen reaktori. Jos ja kun reaktorin koko kasvatetaan kuution mittaluokkaan, se sopisi jo pienen tuulipuiston yhteyteen…

Maatiloilta puhdasta polttoainetta

Tekniikkaa voisi Alitalon mukaan soveltaa myös suomalaisilla maatiloilla, joilla on sekä tuulivoimala että biokaasureaktori. Biokaasusta lähes puolet on hiilidioksidia, ja siksi se ei sovellu sellaisenaan liikennepolttoaineeksi.

– Jos tuulivoiman energia muutetaan ensin vedyksi ja sitten vety ja biokaasu ajetaan bioreaktoriin, lopputuloksena saadaan puhdasta metaania, Alitalo sanoo.

– Hiilidioksidin lähteitä on runsaasti, joten reaktorille riittää sovellusvaihtoehtoja.

Yrjälä ja Alitalo puhuvat aiheesta lisää esitelmässään "Polttoainetta tehokkaasti ja vaivatta mikrobeilla hiilidioksidista ja vedestä" keskiviikkona 18.3. ChemBio-messuilla.

Teksti: Antti Kivimäki
Lähde: HY
Kuva: Pixabay

Julkaissut: Kalle

0 kommenttia:

Lähetä kommentti