I ett vanligt biogaskraftverk används metan till att producera energi, men nu har det utvecklats en ny bioreaktor som gör att koldioxid kan omvandlas – eller återförvandlas – till metan. Processen är bekant från myrarna.
– Växtmaterialet i myrens ytskikt bryts under vattenytan ned av bakterier, och det uppstår koldioxid och väte. Då använder vissa arkéer koldioxid och väte till att bilda metan, förklarar Kim Yrjälä som leder forskningsgruppen Molecular Environmental Microbiology Group vid Helsingfors universitet.
I den normala processen vid ett biogaskraftverk förenas metan (CH4) med syre (O2), och som förbränningsprodukt uppstår koldioxid (CO2) och vatten (H2O) och en hel del värmeenergi som med generatorer kan omvandlas till elektricitet.
I den bioreaktor som utvecklats av forskarna vid Naturresursinstitutet är processen den motsatta. Först spjälkas vatten upp i väte (H2) och syre genom elektrolys med hjälp av elenergi. Tillsammans med koldioxid leds vätet in i bioreaktorn där vissa arkéer omvandlar utgångsmaterialet till metan.
Specialist på mikrobekologi
Arkéerna är encelliga organismer, och vid sidan av bakterier och eukaryoter utgör de en av de tre domäner som organismer delas in i enligt modern systematik. Uppskattningsvis en femtedel av jordens biomassa består av arkéer, men man vet inte lika mycket om dem som t.ex. om bakterier.
– Vår kunskap om vilka arkéer som bildar metanen i myrarna är likaså rätt färsk – mindre än tio år gammal, säger Yrjälä.
I Naturresursinstitutets metanreaktorprojekt är Yrjäläs uppgift att fördjupa kunskaperna om metanbildningens mikrobekologi.
Mikrobcocktail från myrens djup
Forskarna vid Naturresursinstitutet använde en mikrobcocktail från botten av en finländsk myr som ymp till sin reaktor. Nu har Yrjälä och hans team av mikrobekologer analyserat mikrobcocktailens DNA-sammansättning med hjälp av massiv sekvensering och bioinformatik.
Av mikroberna visade sig merparten vara bakterier, och mindre än en femtedel hörde till den önskvärda divisionen av arkéer, nämligen euryarkéerna. Av dessa är inte heller alla metanbildande.
– Det här är inget problem. När ympen fungerar effektivt är allt bra. Mikrobiella ekosystem är alltid mycket rika och mångformiga, säger Yrjälä.
– Genom att testa och analysera olika ympar kan vi fastställa vilka metanbildande arkéer och vilka sammansättningar är de effektivaste.
Metan som lagringsform
En bioreaktor som omvandlar vätgas och koldioxid till metan kan t.ex. användas i anknytning till vindparker.
Problemet med el som producerats med vind eller sol är att elproduktionen varierar enligt väder och motsvarar inte alltid förbrukningen. Överskottselen lagras ingenstans och att lagra energi i ackumulatorer är dyrt.
Därför omvandlas överskottselen till väte med hjälp av elektrolys. Väte är i sig ett effektivt bränsle, men att omvandla väte vidare till metan kan ofta vara den bästa lösningen.
– Metan är mycket lättare att hantera än väte som är högexplosivt och lätt läcker ut, säger forskaren Anni Alitalo vid Naturresursinstitutet.
– Dessutom finns det redan en etablerad infrastruktur för metan, dvs. infrastrukturen för naturgas, medan vätgasens infrastruktur ännu är under utveckling.
Knappt tjugo procent av bränslets energivärde går förlorat i processen när väte omvandlas till metan.
Naturresursinstitutets testreaktor rymmer 18 liter. Nästa reaktor som byggs ska rymma 100 liter. Om och när reaktorstorleken är cirka en kubikmeter passar den redan att användas i anslutning till en liten vindpark.
Rent bränsle från bondgårdarna
Enligt Alitalo kan den här tekniken användas också på sådana finländska gårdar som har både ett vindkraftverk och en biogasreaktor. Biogas består nästan till hälften av koldioxid och lämpar sig därför inte som sådant att användas som fordonsbränsle.
– Om vindkraften först omvandlas till väte, och vätet och biogasen sedan körs genom bioreaktorn, blir slutresultatet ren metan, säger Alitalo.
– Det finns gott om koldioxidkällor, så tillämpningsmöjligheterna är många.