Čínští vědci vyvinuli systém, který zvýší produkci biovodíku o 33 % a zároveň pohlcuje CO2

Čínští vědci vyvinuli nový fermentační systém, který výrazně zvyšuje produkci biovodíku a zároveň efektivně zachycuje oxid uhličitý.

Čínští vědci vyvinuli nový fermentační systém, který výrazně zvyšuje produkci biovodíku a zároveň efektivně zachycuje oxid uhličitý. Tento průlomový objev představuje významný krok směrem k uhlíkově neutrální výrobě vodíku, klíčové složky pro zelenou energetiku.

Vědci z Institutu aplikované ekologie Čínské akademie věd objasnili, že tmavá fermentace produkuje vodík z organických substrátů v bezkyslíkovém prostředí. Ačkoliv je tato metoda slibná, v praxi je často omezena hromaděním těkavých mastných kyselin, které snižují hladinu pH a potlačují mikrobiální aktivitu. Konvenční metody kontroly pH, jako je použití hydroxidu sodného, mají své nevýhody, včetně lokálních výkyvů pH, hromadění solí a nutnosti nepřetržitého dávkování, bez dalších environmentálních přínosů. Další výzvou je, že výsledný bioplyn obsahuje značné množství CO2, které obvykle vyžaduje energeticky náročné následné oddělování.

K řešení těchto omezení vědci zavedli wollastonit (CaSiO3) jako přísadu s dvojí funkcí. Během fermentace se s hromaděním kyselin minerál postupně rozpouští, spotřebovává protony a uvolňuje vápenaté ionty. Tento mechanismus zajišťuje nepřetržité, samoregulační pufrování pH, které stabilizovalo systém na úrovni pH 6,5–7,0. Při optimální dávce 10 g/l se fáze zpoždění produkce vodíku snížila přibližně o 50 % (z 23,13 na 12,38 hodiny) a specifický výtěžek vodíku vzrostl zhruba o 33 % (ze 158,11 na 210,75 ml/g spotřebované glukózy). Mechanicky wollastonit přesměroval metabolický tok od laktátu k syntéze acetátu, čímž obohatil Clostridium a potlačil Lactobacillus.

Wollastonit také umožnil in-situ sekvestraci CO2 jeho vysrážením ve formě uhličitanu vápenatého (CaCO3). Vědci však zjistili, že maximálního zachycení CO2 bylo dosaženo při vyšší dávce (≥15 g/l), která pasivně dosáhla požadovaného neutrálního pH, ale zároveň snížila výtěžek vodíku. To vytvořilo konflikt s optimální dávkou 10 g/l pro produkci vodíku. Pro oddělení těchto dvou cílů vědci navrhli dvoufázovou strategii: první fáze využívá optimální dávku 10 g/l k maximalizaci produkce vodíku, zatímco druhá fáze aplikuje úpravu pH po fermentaci na 7,0 k vyvolání karbonatace.

S použitím tohoto přístupu systém zachytil 0,49 ± 0,05 litru CO2 na litr média a obohatil obsah vodíku v konečném bioplynu na 58,2 ± 1,1 %. Charakterizace pevné fáze potvrdila, že zachycený CO2 byl mineralizován jako kalcitový uhličitan vápenatý, stabilní forma vhodná pro dlouhodobé ukládání uhlíku. Tyto výsledky ukazují proveditelnost integrace výroby zeleného vodíku s in-situ zachycováním uhlíku v rámci jediného biorefinérního systému, což nabízí praktický přístup k dosažení uhlíkově negativní produkce biovodíku.