211service.com
Koolstof vastleggen met enzymen
Een nieuwe manier om koolstofdioxide uit schoorstenen op te vangen, levert een grondstof op die ondergronds kan worden opgeslagen of kan worden omgezet in stoffen zoals zuiveringszout, krijt of kalksteen. CO2 Solution, uit Quebec City, Canada, heeft zijn proces al getest op een kleine gemeentelijke verbrandingsoven en een Alcoa aluminiumsmelter. De wetenschappers werken nu samen met de giganten van energiecentrales Babcock en Wilcox aan manieren om de technologie aan te passen aan een kolengestookte centrale.
Een bioreactor met CO2-oplossing, zoals degene die in het bovenstaande diagram wordt getoond, bevat een enzymgebonden verpakkingsmateriaal dat in wisselwerking staat met een wateroplossing die van bovenaf wordt ingepompt en schoorsteenemissies die binnenkomen en door de bodem omhoog borrelen. De kooldioxide in de emissiestroom wordt opgevangen door de enzymen op het oppervlak van het verpakkingsmateriaal en omgezet in bicarbonaationen. Gezuiverde lucht ontsnapt dan aan de bovenkant, terwijl de bicarbonaatoplossing aan de onderkant naar buiten komt. Het bicarbonaat kan in een apart proces uit de oplossing worden gehaald en verwerkt tot verbindingen, zoals kalksteen, voor gebruik door de industrie.
Het bedrijf heeft genetisch gemanipuleerd E coli bacteriën om een enzym te produceren dat koolstofdioxide omzet in bicarbonaat. Het enzym vormt de kern van een bioreactortechnologie die kan worden opgeschaald om kooldioxide-emissies af te vangen van elektriciteitscentrales die op fossiele brandstoffen werken - een tijdige ontwikkeling aangezien de politieke steun groeit voor cap-and-trade-regelingen die een marktwaarde toekennen aan koolstof.
Tot nu toe hebben we een klein prototype, zegt Sylvie Fradette, vice-president onderzoek en ontwikkeling bij CO2 Solution. Vervolgens moeten we kijken wat er nodig is voor een zeer groot prototype of proeffabriek.
Het enzym, koolzuuranhydrase genaamd, verwerkt gewoonlijk koolstofdioxide dat in organismen wordt geproduceerd. In E coli het speelt een essentiële rol in de stofwisseling. Als doctoraalstudent in de jaren negentig leidde Fradette een onderzoeksteam aan de Universiteit van Laval dat het enzym isoleerde, het immobiliseerde en uitvond hoe het te reproduceren. Na het behalen van haar Ph.D. in de chemische technologie trad ze in 1998 in dienst bij CO2 Solution. We dachten dat het interessant zou zijn om dit enzym te gebruiken om te repliceren wat het al zo goed doet in de natuur, zegt Fradette. We ontdekten dat het zeer efficiënt was bij het uitvoeren van de CO2-transformatie.
Er zijn veel andere manieren om koolstofdioxide af te vangen uit de schoorsteenpijpen van industriële en elektriciteitscentrales, maar de scheiding van de koolstofdioxidestroom van andere gassen en verontreinigende stoffen maakt de meeste van deze benaderingen energie-intensief en daarom vrij duur. Fradette zegt dat de aanpak van CO2 Solution - waarbij geen scheiding van kooldioxide van andere gassen nodig is - kan worden toegepast op elk gasvormig effluent dat kooldioxide bevat, dus het zou ideaal zijn voor zowel conventionele kolencentrales als nieuwere schone kolenfaciliteiten op basis van vergassing.
De bioreactor is een lange cilinder met daarin een verpakkingsmateriaal dat als vaste drager voor het enzym fungeert. Het oppervlak van dit materiaal is chemisch gemodificeerd zodat de enzymen zich stevig hechten. Aan de bovenkant van de cilinder wordt een wateroplossing naar binnen gepompt en stroomt rond het verpakkingsmateriaal, terwijl gassen uit een schoorsteen de bodem van de cilinder binnenkomen en door de oplossing omhoog borrelen. De kooldioxide wordt opgenomen in de oplossing en gaat vervolgens een interactie aan met de enzymen, die het broeikasgas omzetten in bicarbonaationen. Om het proces te beëindigen, ontsnapt gezuiverde lucht aan de bovenkant terwijl de bicarbonaatoplossing wordt geëxtraheerd voor verdere verwerking - ofwel terug in pure koolstofdioxide voor langdurige geologische opslag of in een carbonaatverbinding, zoals kalksteen, die door de industrie kan worden gebruikt .
Don Langley, vice-president en chief technology officer van Babcock en Wilcox, zegt dat de aanpak meer belofte inhoudt voor grootschalige koolstofafvang dan sommige alternatieven, zoals kooldioxide-absorberende algenkwekerijen die enorme stukken land nodig hebben. We zijn momenteel in serieuze discussies over hoe we verder kunnen gaan met een meer formele relatie, die mogelijk licenties voor de technologie en gezamenlijke ontwikkeling zou omvatten, zegt Langley, eraan toevoegend dat de bioreactor aanzienlijk moet worden opgeschaald en efficiënter moet werken om zuinig te zijn . We plaatsen een soort weddenschap, als je wilt, zegt hij. Het is duidelijk dat we een aantal dingen in de CO2-oplossingsaanpak zien die ik echt niet zou willen onthullen en die ons behoorlijk geïnteresseerd maken.
Aluminiumgigant Alcoa testte het laboratoriumprototype van CO2 Solution in 2004 door het te bevestigen aan een luchtuitlaat van het emissiereinigingssysteem van een smelterij. Michel Lepage, directeur laboratoria en milieu van Alcoa, zegt dat de technologie goed werkte. Het systeem heeft 80 procent van de CO2 verwijderd, wat vrij groot is, zegt Lepage en benadrukt dat het een kleinschalige test was. Maar het vertelde ons dat het een groot potentieel heeft.
CO2 Solution ziet haar technologie ook enkele industriële niches bedienen. Vorige week kreeg het bedrijf een Europees patent voor het proces van het opvangen van kooldioxide-emissies van cementfabrieken en het omzetten in bicarbonaat en uiteindelijk kalksteen - een belangrijk ingrediënt bij de productie van het cement zelf. Het bedrijf heeft al een Amerikaans patent op het proces. Het bicarbonaat is ook nuttig voor het produceren van carbonaatverbindingen voor het neutraliseren van industrieel afval en sommige afvalwaters.
Van zijn kant is Babcock en Wilcox strikt geïnteresseerd in de verwijdering, compressie en geologische sekwestratie van kooldioxide; alle eindstroomproducten die daaruit kunnen voortvloeien, zouden gewoon een bonus zijn. Eerlijk gezegd komt het er gewoon op neer wat de kosten van CO2 in dollars per vermeden ton zijn, zegt Langley. Dat is ons speerpunt.
Langley benadrukt dat de technologie van CO2 Solution zich nog in een embryonaal ontwikkelingsstadium bevindt en dat er grote economische en technische hindernissen moeten worden genomen. Er is tegenwoordig geen enkele technologie die echt nodig is om te zijn waar we moeten zijn, zegt hij.
De technieken van het bedrijf om het enzym te reproduceren hebben al geleid tot een aanzienlijke daling van de productiekosten van het enzym. Misschien wel de grootste uitdaging zal zijn om genoeg van de enzymen te produceren om de enorme hoeveelheid kooldioxide te verwerken die zou worden uitgestoten door een kolen- of gasgestookte elektriciteitscentrale. CO2 Solution is vastbesloten om het te doen, vooral gezien het verhoogde profiel van klimaatverandering en de waarschijnlijkheid dat koolstofregulering om de hoek ligt.