Одно из главных препятствий на пути повсеместного внедрения солнечных батарей и ветрогенераторов – отсутствие способа хранения избыточной энергии, которую они производят. Power-to-gas – технология, разработанная в Чикагском университете, обращается к неустойчивой природе этих возобновляемых источников. В ней используются одноклеточные организмы, которые ученые вывели путем селекции. Микроорганизмы помогают преобразовывать электроэнергию в метан – газ, который можно хранить, транспортировать и использовать везде, где используется природный газ, в том числе и для производства электроэнергии по требованию.

В центре технологии power-to-gas находится штамм метанообразующих архей, адаптированных для промышленного использования. Метаногенез начинается с излишков электроэнергии, полученных от ветрогенератора или солнечной батареи, но в данный момент ненужных. Эта энергия используется для превращения воды в водород и кислород. Затем водород объединяется углекислым газом, полученным из любого источника, в собственном биореакторе, в котором организмы катализируют преобразование смеси в метан и воду.

Превращение в метан

Далее метан можно транспортировать в существующую газопроводную систему или превратить в сжатый или сжиженный природный газ, пригодный для производства электричества. Создатель технологии Лоуренс Метс (Laurens Mets) заявил, что она предлагает большую потенциальную емкость – больше, чем у конкурирующих систем оптового аккумулирования энергии: батарей, гидроаккумулирующих электростанций, систем сжатого воздуха и гравитационных накопителей энергии. При использовании всех этих систем неизбежны потери КПД, а создатели power-to-gas не называют КПД всего процесса.

Технология позволяет увеличить использование изменчивых по своей природе источников энергии, таких как ветер и Солнце. Если запасать избыточную энергию, тем самым можно сгладить эти колебания и сделать возобновляемые источники энергии более реальными и экономически жизнеспособными.

Ученые уверены, потенциал запатентованной технологии power-to-gas имеет большое значение. Метан — простейший углеводород, который получил очень широкое распространение: на нем греют воду и пищу, ездит транспорт, и даже существуют ракетные двигатели, работающие на этом газе. Метан полностью совместим с существующей газовой сетью, и он может стать основным источником для большей части энергетических потребностей общества, включая электричество, отопление, промышленные процессы и транспортировка. Надежный способ создания чистого метана из возобновляемых источников имеет потенциал для преобразования существующих энергетических систем.

Лоуренс Метс продолжает свои исследования в университете и стремится усовершенствовать свою технологию. Он надеется приспособить power-to-gas для производства бензина и топлива для реактивных двигателей.

Докторант молекулярной генетики и клеточной биологии Лоуренс Метс занялся разработкой технологии в конце 1990-х. В дальнейшем из разработки Метса при поддержке университетского центра трансфера технологий, который сейчас является частью польского Центра бизнеса и инноваций, родился стартап Electrochaea.

Electrochaera попала в список 100 частных компании с наибольшим потенциалом для решения энергетического кризиса 2014 Global Cleantech 100. Созданный в 2006 году, стартап Electrochaea первым проверил жизнеспособность процесса в своей лаборатории в Сент-Луисе. Это положило начало тестированию power-to-gas в 2011 году.

Три года спустя Electrochaea приступила к строительству крупномасштабного демонстрационного объекта на станции по очистке сточных вод недалеко от Копенгагена в рамках проекта Biocat. Опираясь на успех этого проекта, компания решила построить 10-мегаваттную электростанцию в Венгрии, в которой будет реализована технология power-to-gas.

«Electrochaera развивается очень быстро: в несколько шагов мы перешли от 1-литрового реактора в моей университетской лаборатории сначала к 1-мегаваттному проекту BioCat, а теперь строим 10-мегаваттный коммерческий завод в Венгрии. Микроорганизмы оказались очень живучими» – отметил Метс.

Завод в Венгрии будут строить Electrochaea и Magyar Villamos Muvek – крупнейший поставщик энергии этой страны. Как и в случае с BioCat, новый завод будет поставлять метан напрямую к существующей системе газопроводов.

Electrochaea планирует построить еще один завод в Швейцарии с установками 1000МВт. Между тем Pasific Gas and Electric Company строит небольшую демонстрационную установку в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в штате Колорадо.