Circulariteit is het motto. Alles hergebruiken., Zelfs afval kan tegenwoordig een bron zijn van waardevolle grondstoffen. Biogas en methaan produceren uit organisch afval is niets nieuws. Onderzoekers aan het Fraunhofer-instituut voor productietechniek en automatisering (IPA) willen uit biomassa en plantenresten groene waterstof winnen. Wetenschappers onderzoeken daartoe verschillende technieken, van bioreactorbehandelingen met bacteriën tot thermochemische vergassingsbenaderingen. Er zijn vele opties.
Afval als bron van waterstof
Volgens het Duitse milieuagentschap wordt in dat land 15 miljoen ton organisch afval geproduceerd, waaronder huishoudelijk afval, landbouwafval en voedselproductie. Deze fractie gaat ofwel naar composteerinstallaties, ofwel naar verbrandingsovens. Het Europees Milieuagentschap benadrukte ook het belang van hergebruik van dit afval om warmte op te wekken of duurzame brandstoffen te produceren.
“Bij eerdere projecten, waarbij afval uit de voedingsindustrie werd omgezet in waterstof, heb ik gemerkt hoe groot de kooldioxide-fractie was. Het belangrijkste resultaat was een bron van biogeen CO2 als bijproduct van de waterstofproductie. H2 kan zo klimaatneutraal worden gebruikt en kooldioxide kan worden opgeslagen”, legt Johannes Full uit. Hij is hoofd van de groep Duurzame ontwikkeling van bio-intelligente technologieën bij Fraunhofer IPA in Stuttgart.
Bacterie maakt waterstof
Bij het storten van afval op vuilnisbelten komen kooldioxide en methaan vrij. Dat zijn enkele van de belangrijkste broeikasgassen die de lucht vervuilen. In biologische verwerkingsinstallaties is zuurstofloze vergisting – als alternatief voor compostering – een van de belangrijkste methoden om afval te verwerken. Het afval gaat in een zuurstofloze container, waarna vervolgens bacteriën het afval afbreken. Het methaan dat daarbij ontstaat, kan worden opgevangen, terwijl de resterende stof als duurzame meststof kan dienen.
Full en zijn team experimenteren met zogenaamde paarse bacteriën; dat is hun kleur. “Deze fotosynthetische bacteriën kunnen afval uit de landbouw en de voedselindustrie omzetten in waterstof. Met andere woorden, ze kunnen H2 produceren door middel van licht. Het team van professor Robin Ghosh van het Instituut voor Biomaterialen en Biomoleculaire Systemen van de Universiteit van Stuttgart heeft een manier gevonden om deze bacteriën zonder licht te kweken. Dit is een aanzienlijke doorbraak, aangezien er geen complexe fotobioreactoren nodig zijn om ze te kweken,” legt Full uit. Er is nog een paar jaar onderzoek nodig om het concept van laboratorium naar een grotere schaal te helpen, aldus de onderzoeker.
Verbranden en vergisten
Een andere mogelijheid die de onderzoekers momenteel testen, is methaanpyrolyse. Bij dit proces wordt biogas omgezet in waterstof en vaste koolstof. Bovendien gebeurt deze thermische afbraak bij meer dan 500 graden, zonder enige lucht. Vol: “Aan de ene kant krijgen we een gasfractie, die waterstof bevat. Aan de andere kant krijgen we vaste koolstof als product. Op deze manier is opslaan makkelijker. Er is geen verdere conversie nodig.”
Een andere weg die het Fraunhofer-team test, is vergisting. Het proces kan worden gezien als een onderdeel van de hele biogasproductieprocedure. Het komt erop neer dat dezelfde afvalstromen in een bioreactor terechtkomen – zoals in de gewone procedure voor de behandeling van bioafval – maar gedurende een kortere tijd. Op die manier worden waterstof en koolstofdioxide niet omgezet in methaan.
“Het grootste nadeel van dit proces is dat we er niet een heel hoog rendement waterstof uit halen in vergelijking met andere methoden”, onderstreept Full. “Omgekeerd is het een energie-efficiënte procedure die kan gebeuren in standaard bioreactoren. Het is een upgrade van de biogasverwerking door naast biogas nog een ander product te leveren, namelijk waterstof.”
Genetisch gemodificeerde bacterie
Full wijst ook op de genetische manipulatie van bacteriestromen. Volgens hem zullen bacteriën zich door genetische manipulatie gaan gedragen zoals onderzoekers dat willen. Micro-organismen kunnen dan een rol spelen in fermentatieprocessen. Op die manier kan een hoger rendement en een betere efficiëntie worden bereikt.
“Als we bioprocessen meer aanpasbaar maken aan het afval door intelligente en zelfaanpassende regelsystemen te ontwikkelen, zullen we nog efficiëntere, bio-intelligente systemen bereiken”, voegt de teamleider eraan toe.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
