Ny doktorgradsforsking av Getachew Birhanu Abera viser at biofilm-baserte system kan gjere den biologiske omdanninga av karbondioksid til metan meir effektiv og robust. Arbeidet gir ny innsikt i korleis produksjon av fornybar gass kan handtere ureiningar som ofte finst i biogass.
Den globale etterspurnaden etter rein energi aukar raskt som følgje av sterk økonomisk vekst og nyare geopolitiske endringar. Biometan har derfor vorte eit lovande alternativ til fossile brensel. Gassen kan produserast av organisk avfall og førast inn i eksisterande gassnett, noko som gjer han til eit praktisk val for ei lågutsleppsfremtid. EU har som mål å auke biometanproduksjonen sju gonger frå 2023 til 2030.
Sjølv om biometan er eit berekraftig alternativ til fossilt brensel, er tradisjonelle metodar for reinsing av biogass både energi- og kostnadskrevjande og er ofte avhengige av giftige og dyre kjemikaliar. Biologisk oppgradering av biogass, såkalla biometanisering, representerer eit grønare alternativ, men effektiviteten blir ofte redusert av ureiningar som oppstår under biologisk nedbryting av organisk avfall, til dømes hydrogensulfid og ammoniakk.
– Målet med doktorgradsprosjektet mitt var å overvinne sentrale flaskehalsar i biometanisering ved å bruke faste mikrobielle samfunn, eller biofilmar, i staden for tradisjonelle suspenderte system, forklarar doktorgradsstipendiat Getachew Birhanu Abera.
Eit suspendert system er ein bioreaktor der mikroorganismar flyt fritt i væska, i staden for å vekse festa til ei overflate eller danne biofilmar. Biometan består hovudsakleg av metan, den same energirike gassen som finst i naturgass. Ein måte å auke biometanproduksjonen på er biometanisering, ein biologisk prosess der mikroorganismar omdannar karbondioksid til metan ved hjelp av hydrogen som reduksjonsmiddel. Metoden er attraktiv fordi han er både energieffektiv og kostnadseffektiv, unngår bruk av sterke kjemikaliar og utnyttar naturleg mikrobiell aktivitet.
Kombinerte laboratorieforsøk og datamodellering
Abera kombinerte laboratorieforsøk med datamodellering. Han testa ulike typar bioreaktorar som vart utsette for kontrollerte mengder hydrogensulfid og ammoniakk, og samanlikna system med og utan biofilmar. Han analyserte gassproduksjon, metaninnhald og mikrobiell samansetjing.
For å få betre forståing av prosessane inne i reaktorane nytta han òg ein matematisk modell som simulerte dei biologiske mekanismane. Modellen bidrog til å forklare kvifor biofilmsystem var meir stabile, og gjorde det mogleg å føreseie korleis dei ville reagere under ulike stressforhold.
Biofilm-baserte bioreaktorar er robuste
Resultata til Abera stadfestar at både hydrogensulfid og ammoniakk verkar negativt inn på biometanisering og endrar strukturen i dei mikrobielle samfunna. Samstundes viser studien at biofilm-baserte bioreaktorar er svært robuste.
– Desse systema held eit langt betre ytingsnivå enn suspenderte system, seier han.
Dette kjem av at biofilmen som blir danna på berarmaterialet i reaktoren, fungerer som ei beskyttande barriere for mikroorganismane. Slik kan dei halde fram med å omdanne karbondioksid til metan, sjølv under krevjande forhold.
Doktorgradsarbeidet viser korleis biofilm-baserte system kan redusere dei negative effektane av hydrogensulfid og ammoniakk på biometanisering. Funna frå Abera gir eit viktig grunnlag for vidare forsking på feltet.
– På sikt kan dette opne for industriell bruk av biofilm-baserte bioreaktorar i avfallshandtering og energiutvinning, også under hemmande forhold, seier han.
– Ved å gjere prosessen meir robust kan vi gjere krevjande avfallsstraumar om til ei påliteleg kjelde til fornybar energi.
Getachew Birhanu Abera forsvarar si ph.d.-avhandling ""Biologisk konvertering av CO2 til CH4: påvirkning av prosesshemmere og biofilmbaserte avbøtende tilnærminger" torsdag den 16. april, 2026. Prøveforelesning og disputas er opne for alle.