Китайцы научились из отходов и сточных вод одновременно получать водород и поглощать CO2

Китайские исследователи представили перспективную технологию получения биоводорода с помощью ферментации, которая одновременно решает две важные задачи — производство экологически чистого топлива и переработку углекислого газа. В основе метода лежит использование специальных микроорганизмов, перерабатывающих органические отходы в анаэробной среде.

В отличие от традиционного промышленного производства водорода, где основным сырьём служит природный газ, что также ведёт к неизбежным и значительным выбросам CO₂, новый биотехнологический подход позволяет включить углекислый газ непосредственно в процесс получения полезного продукта. Это делает технологию потенциально углеродно-нейтральной и актуальной в условиях глобального перехода к низкоуглеродной энергетике.

Ключевая особенность разработки заключается в применении комбинированной ферментации. На первом этапе органические среды — например, сельскохозяйственные отходы, остатки пищевой промышленности или любая другая биомасса — подвергаются так называемой тёмной ферментации. В ходе этого процесса бактерии расщепляют органику без доступа света и кислорода, выделяя водород.

После этого в среду вводятся дополнительные компоненты для связывания CO₂, который образуется как побочный продукт. Обычно этот газ просто выбрасывается в атмосферу, однако предложенный учёными процесс позволяет повторно использовать его в реакторе, что значительно повышает общий КПД установки и снижает углеродный след производства. Как считают аналитики, это может обеспечить срок окупаемости подобных установок около 6–7 лет, если технологию реализовать в масштабе промышленного производства.

Разработчики подчёркивают, что технология обладает серьёзным преимуществом перед электролизом воды. Хотя электролиз считается «чистым» способом получения водорода, он требует больших затрат электроэнергии и дорогостоящей инфраструктуры. Биоферментация же может работать на дешёвом или даже бесплатном сырье — органических отходах, которые иначе пришлось бы утилизировать. Кроме того, процесс проходит при сравнительно низких температурах и давлениях, что снижает энергозатраты. Исследования показывают, что современные опытные ферментационные установки уже способны производить водород высокой чистоты, а дополнительные методы оптимизации, в частности, использование активированных углеродных катализаторов или гибридных электробиологических систем — ещё сильнее увеличивают выход топлива.

Решающим ингредиентом в процессе стал минерал волластонит (CaSiO₃). Он обеспечивает одновременно регулировку кислотности среды, а бактерии любят постоянство, и связывание углекислого газа в нерастворимый осадок. По данным исследователей, при оптимальной дозировке в 10 г/л задержка выделения водорода из субстрата сократилась примерно на 50 %, а его удельный выход увеличился примерно на 33 %.

При таком подходе система улавливала 0,49 ± 0,05 литра CO₂ на литр среды и повышала содержание водорода в конечном биогазе до 58,2 ± 1,1 %. Анализ твердой фазы показал, что уловленный CO₂ минерализовался в виде кальцита — стабильной формы, пригодной для долгосрочного хранения углерода.

Если технологию удастся успешно масштабировать, она может стать важным элементом будущей водородной экономики Китая и других стран. Особенно перспективным выглядит её применение на агропромышленных предприятиях и очистных сооружениях, где постоянно образуются большие объёмы органических отходов. В таком случае заводы смогут одновременно решать проблему переработки отходов, сокращать выбросы CO₂ и получать собственный источник чистой энергии.