Onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh hebben een methode ontwikkeld om waterstof te produceren uit afgedankt brood, wat een potentieel alternatief biedt voor fossiele brandstoffen in een van de meest gebruikte chemische processen ter wereld. De doorbraak zou de manier waarop de chemische industrie werkt fundamenteel kunnen veranderen.
Bacteriën produceren waterstof uit broodafval
Het team onder leiding van professor Stephen Wallace heeft aangetoond dat levende bacteriën waterstof kunnen genereren door te groeien op suikers die uit oud brood zijn gehaald. ac.uk vindt dit proces plaats in een enkele afgesloten container, waarbij de bacteriën onder zuurstofvrije omstandigheden waterstof produceren terwijl ze zich voeden met het broodafval.
De innovatie elimineert de noodzaak voor extern geleverd waterstofgas dat traditioneel uit fossiele brandstoffen wordt gewonnen. In plaats daarvan leveren de micro-organismen het gas in real-time, direct in dezelfde reactor waar het chemische proces plaatsvindt. co.uk, beschrijft een proces dat bij bijna kamertemperatuur kan werken, in schril contrast met de honderden graden Celsius die normaal nodig zijn.
Hydrogenatie: een hoeksteen van moderne productie
Hydrogenatie is een chemische reactie waarbij waterstof wordt toegevoegd aan andere moleculen, en wordt op grote schaal gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie, farmaceutische sector en bij de productie van plastics. co.uk wordt het proces ingezet om vloeibare plantaardige oliën om te zetten in stabielere vaste vetten, en is het een cruciale stap in de synthese van geneesmiddelen, fijnchemicaliën en polymeren.
"Hydrogenatie vormt de basis van enorme delen van de moderne productie, maar het is nog steeds bijna volledig afhankelijk van waterstof gemaakt uit fossiele brandstoffen," aldus Wallace in het onderzoek. Het huidige productieproces vereist niet alleen extreme temperaturen en drukken die vergelijkbaar zijn met die in de diepste delen van de oceaan, maar ook metaalkatalysatoren zoals nikkel, palladium of platina.
Klimaatimpact van fossiele waterstof
De productie van waterstof uit fossiele brandstoffen heeft een aanzienlijke klimaatimpact. earth.com stootte de wereldwijde waterstofproductie in 2023 ongeveer één miljard ton koolstofdioxide uit. De meeste productiefaciliteiten halen waterstof uit aardgas of steenkool, waarbij koolstofdioxide vrijkomt voordat fabrieken überhaupt met hydrogenatie beginnen.
Het transport van gecomprimeerd waterstof en het bedrijven van hogedruk-reactoren voegt extra energiekosten toe, terwijl lekken brandgevaar opleveren dat operators voortdurend moeten beheersen. De nieuwe methode vermijdt deze problemen door waterstof ter plekke te genereren in een gesloten systeem.
Koolstofnegatief productieproces
Een opmerkelijk aspect van de nieuwe technologie is dat het koolstofnegatief is. anthropocenemagazine.org verwijdert de methode meer broeikasgassen dan ze produceert, omdat het voedselafval uit stortplaatsen houdt en fossiele brandstoffen overslaat. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor bio-gebaseerde productie met hernieuwbare en afvalgebaseerde grondstoffen.
De onderzoekers gebruikten een laboratoriumstam van E. coli-bacteriën die waterstofgas produceren onder zuurstofvrije omstandigheden. Het gas wordt vervolgens onmiddellijk gebruikt binnen dezelfde afgesloten container om een hydrogeneringsreactie aan te drijven. Dit geïntegreerde systeem elimineert de noodzaak voor externe waterstoflevering en de bijbehorende infrastructuur.
Toekomstige toepassingen en uitdagingen
Hoewel het onderzoek veelbelovend is, blijven er vragen over hoe dergelijke levende systemen kunnen worden geïntegreerd in grootschalige industriële reactoren. tomorrowsworldtoday.com zou de technologie kunnen worden toegepast in de voedselverwerking en farmaceutische productie, waar hydrogenatie een essentiële processtap is.
De methode biedt potentieel voor een fundamentele verschuiving in hoe de chemische industrie opereert. Door afvalstromen zoals oud brood te gebruiken als grondstof en fossiele waterstof te vervangen door biologisch geproduceerd gas, zou de sector haar koolstofvoetafdruk drastisch kunnen verminderen.
Professor Wallace en zijn team werken nu aan het opschalen van het proces en het testen van verschillende soorten voedselafval als grondstof. De onderzoekers onderzoeken ook of andere bacteriestammen efficiënter waterstof kunnen produceren of geschikt zijn voor specifieke industriële toepassingen.
De doorbraak illustreert hoe innovatieve benaderingen van afvalbeheer en biotechnologie kunnen samenkomen om duurzame alternatieven te bieden voor energie-intensieve industriële processen die momenteel afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen.