Průlom v energetice: Nový reaktor 10x zvětšuje kapacitu přeměny CO2 na metan s 95% účinností

Vědci z Pensylvánské státní univerzity vyvinuli nový, větší a účinnější reaktor, který přeměňuje oxid uhličitý (CO2) a elektřinu z obnovitelných zdrojů na metan. Tento průlom nabízí slibnou cestu pro dlouhodobé skladování obnovitelné energie.

Vědci z Pensylvánské státní univerzity vyvinuli nový, větší a účinnější reaktor, který přeměňuje oxid uhličitý (CO2) a elektřinu z obnovitelných zdrojů na metan. Tento průlom nabízí slibnou cestu pro dlouhodobé skladování obnovitelné energie. Mezinárodní tým pod vedením Bruce Logana úspěšně zvětšil systém mikrobiální elektrosyntézy desetinásobně, aniž by došlo ke snížení výkonu, což řeší jednu z největších výzev této technologie.

Reaktor využívá elektřinu ze solárních a větrných elektráren k rozkladu vody a výrobě vodíku. Mikroorganismy zvané metanogeny pak spotřebovávají tento vodík a přeměňují oxid uhličitý na metan, který je hlavní složkou zemního plynu. Vědci zdůrazňují, že metan by mohl být skladován a přepravován pomocí stávající plynárenské infrastruktury, což by otevřelo novou možnost pro sezónní skladování energie. Tradiční dlouhodobé skladování energie často zahrnuje přečerpávání vody do výše položených nádrží, což je metoda, která není vždy praktická. Přeměna energie do chemické formy, jako je metan, představuje flexibilnější řešení.

Hlavní překážkou u systémů mikrobiální elektrosyntézy byla dosud obtížnost zvětšování z laboratorního měřítka, protože s rostoucí velikostí obvykle klesá účinnost. Tým tento problém vyřešil vývojem takzvaného „zero-gap“ reaktoru, kde jsou elektrody odděleny pouze membránou. Tato konfigurace výrazně snižuje vnitřní odpor a zlepšuje přenos energie v systému. Vědci zvětšili plochu elektrod zhruba desetinásobně a prodloužili vnitřní průtokovou dráhu na téměř 30 centimetrů. I přes výrazně větší design si reaktor udržel vysokou produkci metanu a energetickou účinnost.

Testy prováděné při 30 stupních Celsia ukázaly, že reaktor produkoval až 6,9 litru metanu na litr objemu reaktoru za den. Systém dosáhl coulumbické účinnosti přes 95 procent, což znamená, že většina elektrické energie byla přímo přeměněna na metan, nikoli ztracena vedlejšími reakcemi. Energetická účinnost se pohybovala kolem 45 až 47 procent, což patří mezi nejvyšší dosažené hodnoty pro systémy mikrobiální elektrosyntézy pracující za standardních podmínek. Studie také objasnila mechanismus produkce metanu v reaktoru: systém nejprve generuje vodík rozkladem vody a metanogeny jej pak okamžitě a rychle spotřebovávají k výrobě metanu. Vědci si představují, že budoucí zařízení na výrobu metanu by mohla být stavěna vedle solárních nebo větrných farem a přímo napojena na stávající plynovodní sítě, čímž by se elektřina z obnovitelných zdrojů efektivně přeměňovala a ukládala.