Gáz halmazállapotú energiahordozók és biohajtóanyagok (biogáz, biohidrogén) Bagi Zoltán 1, Dr. Kovács Kornél 1,2 1 SZTE Biotechnológiai Tanszék 2 MTA Szegedi Biológiai Központ
Megújuló energiaforrások Magyarországon (PJ/év)
Biomassza hasznosítási lehetőségek Égetés Csak hő,, tápanyagigt panyagigény Komposztálás Hő és biotrágya Biogáz Zöld áram és biotrágya Bioetanol, biodízel Speciális alapanyagokból Biohidrogén A jövőj ígérete
Legtisztább energiahordozó: H 2 Víz Víz primer energia energia szállítás, tárolás energia felhasználás
Biohidrogén termelési stratégiák 2H 2 O Fotoszintézis e - 2H + O 2 +2H + e - elektron hordozó Hidrogenáz Biomassza Sötét fermentáció e - e - elektron hordozó Hidrogenáz 2H +
[NiFe] hidrogenázok Aktív centrum Cys 2 Cys 1 CN - CO S Fe S Ni S CN - S Cys 4 Cys 3 L (zöld): nagy alegység S (piros): kis alegység Fe-S: vas-kén kockák
Aktív centrum: össze kell rakni AKTÍV CENTRUM CO Cys S Fe Ni S Cys CN - Cys S S Cys FeS-KOCKÁK
[NiFe] hidrogenázok összeszerelése Fe Aktív fehérje HypEF KP + ATP HypAB HupK? Ni + GTP GDP + P i
Thiocapsa roseopersicina BBS Fototróf bíbor kénbaktérium Hideg tengervízben él; T növekedés <30 C Anaerob Nitrogenáza van [NiFe] hidrogenázai vannak
Hol vannak a sejtben? 2H + 2H + HynL H 2 HupL 2H + ATP PS? ADP+ P i ATP X red X red : GASH? HynS Isp1 Isp2 2e - X ox H 2 HupS 2e - Hup C NH + 4 ADP+P i 2e - + 2H + Nitrogenáz N 2 ATP H 2 2H + U H Y F Hox2 GASH:glutation amid NAD + NADH + +H + NAD + NADH+H + HoxE HoxU HoxF HoxH HoxY 2H + H 2 H 2 H 2 HupV HupU
Hyvolution EU 6. KP-IP Gáz elválasztás Biomassza Gáz elválasztás szénhidrátok szerves savak szerves savak
Biomassza hasznosítási lehetőségek Égetés Csak hő,, tápanyagigt panyagigény Komposztálás Hő és biotrágya Biogáz Zöld áram és biotrágya Bioetanol, biodízel Speciális alapanyagokból Biohidrogén A jövőj ígérete
Biogáz jellemzői Mocsárg rgáz, lidércf rcfény Szerves anyag levegő mentes környezetben Bonyolult mikrobiológiai rendszer Túlélésre optimalizált lt A A biogáz z mellékterm ktermék Biogáz z termelés s fokozása Anyagcsere szűk k keresztmetszet megismerése, se, megváltoztat ltoztatása
2 2 Magyarország 3 3 Észtország 3 3 Szlovákia 5 4 Luxemburg 7 6 Szlovénia 17 16 Finnország 19 19 Írország 32 32 Görögország 42 38 Ausztria 43 42 Belgium 43 35 Lengyelország 50 41 Csehország 76 76 Portugália 93 83 Dánia 110 109 Hollandia 120 119 Svédország 203 201 Olaszország 275 257 Spanyolország 359 344 Franciaország 1291 1229 Németország 1473 1253 Nagy-Britannia 2005 2003 Ország Hiányzik: Ciprus Lettország Litvánia Lichtenstein
Alapelv Szerves anyag, hulladék Anaerob fermentáció BIOGÁZ TÁPANYAG
Biogáz képződés HIDROLIZÁLÓ MIKROORGANIZMUSOK Polimerek bontása: Poliszacharidok (cellulóz, keményítő), fehérjék, zsírok Monomerek, oligomerek emésztése: Cukrok, aminosavak, zsírsavak ACETOGÉN MIKROORGANIZMUSOK Illékony zsírsavak + H 2 METANOGÉNEK CH 4 +CO 2
A hidrogén, mint sebesség meghatározó komponens Acetát H 2 Metanogének + H 2 Hidrogén termelő baktérium törzs CH 4 + CO 2
Batch fermentáció Mezofil hőmérséklet Termofil hőmérsékleten 3000 2000 2500 1500 2000 biogáz (ml) 1000 biogáz (ml) 1500 1000 500 500 0 kontroll hidrogén termelő törzzsel 0 kontroll hidrogén termelő törzzsel
Valóban a hidrogén? Acetát bevitel 3000 2500 biogáz (ml) 2000 1500 1000 20mM 30 mm 40mM 50mM kontroll 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 idő (napok)
Valóban a hidrogén? 80 70 összes biogáz (ml) / 1 g szárazanyag 60 50 40 30 20 10 0 kontroll hidrogén termelő törzs hypf mutáns
Folyamatos fermentáció 2 literes térfogatban 1200 1000 1. Ferm. gázhozam (ml) 2. Ferm. gázhozam (ml) 1. Ferm.száraza. t. (%) 2. Ferm.száraza. t. (%) hőmérséklet ( C) 30 25 400 300 biogáz (ml) 800 600 400 200 20 15 10 5 hőmérséklet ( C) biogáz (m l) 200 100 0-100 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 0 1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 idő (napok) 0-200 Leoltás idő (napok) Leoltás
Termofil üzemi kísérlet: 15 m 3 térfogatú folyamatos üzemű fermentor 6000 5000 biogáz (l/nap) 4000 3000 2000 1000 0 beoltás 1 31 61 91 121 151 181 211 idő (nap)
Energia növények Bagasse Cukor cirok Cukorrépa Csicsóka Lucerna
Klárafalva Projekt tervek Ipari vizsgáló laboratórium, kísérleti biogáz üzem, 2000 m 3 termelő üzemi biogáz fermentor (0,5 MW). Épül. Algyő Ipari prototípus üzem (5 MW) bioetanol + biogáz, megvalósítási tanulmány Mezőhegyes Termelő üzem (5-8 MW) bioetanol + biogáz, tervezés alatt Kiskőrös s kistérs rség Termelő üzem (5-8 MW) bioetanol + biogáz + égetőmű, tervezés alatt Bácsszőllős Termelő üzem (0,5-2 MW) biogáz + bioetanol, tervezés alatt Békéscsaba Termelő üzem biogáz + égetőmű, tervezés alatt
Köszönöm a figyelmet!