Waterstof heeft een hoge energie-inhoud (120-142,9 MJ/kg); hij is een schone energiedrager en kan fossiele brandstoffen vervangen. Waterstof wordt al gebruikt in ruimteprogramma’s; het is milieuvriendelijk en matigt de opwarming van de aarde. Maar de huidige commerciële methoden voor het maken van de stof zijn niet milieuvriendelijk; er is veel energie bij nodig en de kosten zijn hoog. Biowaterstof geeft een milieuvriendelijk alternatief. Wij maken daarbij goed gebruik van organisch afval, en er is minder energie bij nodig (omgevingstemperatuur en atmosferische druk) vergeleken met thermochemische en elektrolytische processen.
Micro-organismen
Bij het onderzoek naar biowaterstof gebruiken onderzoekers bekende en samengestelde micro-organismen; ze hebben veel moeite gedaan om de waterstofproductie te verhogen door gemengde culturen (‘consortia’). Een consortium is een veelzijdige en complexe gemeenschap van bacteriën, die samen een ingewikkelde taak vervullen. Met afzonderlijke micro-organismen is de opbrengst van waterstof laag. De gemengde culturen werken in harmonie, wat stabiliteit geeft aan het proces; zij werken beter door complexe taken te verrichten, zoals hydrolyse van de grondstof, gelijktijdige verwerking ervan, uitwisseling van metabolieten, en gezamenlijk verschillende grondstoffen bewerken. In vergelijking met een monocultuur biedt zo’n consortium synergetische effecten door samenwerking, snellere fermentatietijd en hogere opbrengst van biowaterstof. Microbiologen en ingenieurs hebben gemeenschappen van micro-organismen onderzocht en kunstmatige consortia samengesteld voor het maken van biowaterstof.
De microflora moet worden geselecteerd uit zeer verschillende bronnen en dat is moeilijk, doordat er ook waterstof etende bacteriën bestaan. Bacteriën die in het donker werken groeien snel en maken snel vluchtige zuren aan. Maar bacteriën die daaruit waterstof maken en licht nodig hebben, groeien langzaam; dit leidt tot onbalans bij het verwerken van vluchtige zuren en beperkt de aanmaak van biowaterstof. Zulke kwesties kunnen worden opgelost door twee verschillende organismen te gebruiken in tandem, die de taken verdelen en zo de productie verhogen. Nog betere resultaten bereiken we met een continu tweefasenproces waarbij een foto-bioreactor met meerdere lagen wordt gebruikt om het licht goed te benutten, steeds nieuwe culturen worden toegevoegd om de reactie te versnellen en een beter ontwerp van de bioreactor.
Biowaterstof uit afvalstromen
De laatste jaren neemt de productie van biowaterstof toe, door een beter systeem van samenwerkende micro-organismen, het vervangen van kostbare grondstoffen door organisch afval (lignocellulose- en voedselafval) en industrieel afval (ruwe glycerol, appelpulp, eierdoppen enz.). Ruw glycerol dat vrijkomt als bijproduct bij het maken van biodiesel is een uitstekende grondstof gebleken voor het maken van biowaterstof. Na hydrolysering vormt appelpulp daarop een uitstekende aanvulling. Het mengen van twee of meer grondstoffen geeft vele voordelen bij het proces; afval wordt omgezet tot waardevol product, en de verwerkingskosten dalen 5. Eierdoppenafval bespaart $ 100.000 op stortingskosten van eierdoppen; verwerking van afval van de biodieselproductie tot biowaterstof in een gesloten systeem (met een voorgestelde reactor van 100 m3 met gemengde grondstof en fotofermentatie) zal ongeveer $ 270.864 besparen aan zuiveringskosten. Biowaterstof gemaakt uit ruwe glycerol in een typisch biodieselbedrijf kan worden omgezet in diverse energievormen, bijvoorbeeld elektriciteit en warmte.
Een nieuwe aanpak van de gemengde culturen is beproefd door het geïntegreerde project ‘HYVOLUTION’, gefinancierd met Europees onderzoeksgeld. Dit levert de hoogste opbrengst voor kleinschalige industrieën. Het commercieel haalbare proces voor het maken van waterstof werd opgeschaald van labschaal tot 100.000 liter, met destilleerafval. Deze productiemethode van biowaterstof levert 21,38 kilo waterstof in minder dan 40 uur. Om de economische waarde zo hoog mogelijk te maken, wordt wel voorgesteld om 5-15% waterstof bij te mengen in de bestaande aardgasleidingen.
Interessant? Lees dan ook:
Gasfermentatie: weer een mooie groene technologie
Katalyse, de sleutel tot de toekomst
Waarom groeit duurzame energie snel?
IK zou meer willen weten over alternatieve energie de mogelijkheid om dit te bouwen,en wat levert het op aan schone energie, wat is de restuitstoot?> restafval?