Har funnet ny rensemetode for hydrogensulfid

Sjøvann. Illustrasjonsbilde: iStock
FINNES OFTE I SJØVANN: Foto: iStock

Forskere ved USN har utviklet en biologisk metode for å fjerne hydrogensulfid, en giftig gass som skaper problemer i en rekke bransjer.


Folk flest forbinder nok hydrogensulfid først og fremst med lukten av råtne egg. Og den kan jo være ille nok, men det er ikke lukten som er det verste med denne gassen. 

– Det er en veldig skummel gass, og det har skjedd dødsulykker ved at mennesker har pustet den inn. Heldigvis reagerer mennesker så sterkt på lukten, selv i lave konsentrasjoner, at vi automatisk vil trekke oss unna og varsle, sier professor i miljøteknologi og vannrensing ved Universitetet i Sørøst-Norge Rune Bakke.

Han forteller at hydrogensulfid finnes mange steder, og det er allerede utviklet flere metoder for å fjerne gassen.  Det nye nå, er at forskerne har funnet en mer effektiv biologisk måte å gjøre det på, og at metoden også kan brukes i kalde væsker. Det kan bety mye for dem som trenger å bli kvitt gassen.

Deler som ruster

Hydrogensulfid finnes nesten alle steder i vann hvor det er mangel på luft, særlig i sjøvann. I tillegg til å være giftig, er den korroderende, som betyr at den bryter ned metall. Den skaper dermed store utgifter fordi deler må byttes ut. Det kan oppstå lekkasjer, og gassen er særlig et problem for landbruket, prosessindustrien, på skip og i oljesektoren. Eldre oljefelt har en økt mengde hydrogensulfid i vannet som kommer opp med oljen. Dermed blir kvaliteten dårligere, og selskapene kan ikke sende ut oljeprodukter fulle av hydrogensulfid. Biogass vil også inneholde hydrogensulfid, og gassen finnes i kloakkledninger og renseanlegg over hele Norge.

Hydrogensulfid er et problem i mange bransjer. På bildet brukes måleapparat for å spore gassen. Foto: iStock
 

Nitrat fra Yaras gjødselproduksjon

– Den nye metoden gjør rensingen mye rimeligere og mer økologisk. At det kan gjøres i kalde væsker er også en stor fordel, særlig for oss i Norge hvor vannet er kaldt mesteparten av året. Vi har klart å kjøre renseprosessen i vann ved ti grader nesten like effektivt som ved tjuefem grader, sier professor Bakke. 

Forskningen har foregått ved campus Porsgrunn, med støtte fra gjødsel og kjemikalie-produsenten Yara.  Den nye rense-prosessen innebærer tilsetting av nitrat, og det er et produkt det er god tilgang på fra Yaras gjødselproduksjon.

Ønsket en biologisk prosess

Førsteamanuensis Carlos Dinamarca har vært veileder på en helt fersk doktorgrad, som inneholder den ferdige modellen for hvordan teknologien kan tas i bruk. Han forteller at ideen oppstod for sju år siden. Gjennom flere masteroppgaver så forskerne i Porsgrunn at det fantes muligheter. Arbeidet tok for alvor av da Yara ble involvert i 2013 og doktorgradsarbeidet startet.

– Vi ønsket å lage en biologisk prosess som er veldig kompakt og mer miljøvennlig enn andre metoder for å bli kvitt hydrogensulfid, sier Dinamarca. 

Han sier alt er klart for at teknologien kan tas i bruk i det forskerne kaller fullskala-anvendelse. Det vil si at de føler seg så trygge på metoden, at den kan brukes i industrien. 

– Vi har kjent til prinsippet lenge, men nå kan vi faktisk dimensjonere anlegg med gitte konsentrasjoner og temperaturer, sier Dinamarca.

NYTTEVERDI: Nitrat fra Yaras gjødselproduksjon i Porsgrunn er en viktig ingrediens i renseprosessen. Foto: Gisle Nomme/Yara

Gjør om gassen til et nytt produkt

Den ferske doktorgraden tar for seg mer enn selve fjerningen av gassen. 

– Arbeidet viser at vi kan fjerne gassen ved å produsere elementært svovel i lett håndterlig partikkelform. Partiklene kan høstes fra bio-prosessen og gå inn i produkter som krever svovel, som for eksempel plantegjødsel, sier forskerne. 

De har allerede fått innvilget to patenter sammen med Yara. 

Denne saken er også publisert i en forkortet versjon hos forskning.no

Slik foregikk eksperimentet: 

  • Det spesielle med den biologiske metoden er at den foregår i en slamteppe-reaktor (Fluidized bed), hvor kulturen som gjør jobben vokser i granuler.
     
  • Granuler er små kuler med en diameter på noen få millimeter, som mikroorganismene selv bygger og vedlikeholder.
     
  • De består av mikroorganismene selv, mineraler de feller ut eller produserer (i dette tilfellet som elementært svovel) samt polymerer som organismene lager og bruker som ‘bindingsverk’.
     
  • Mineralene gir granulene tyngde, slik at de holdes tilbake i reaktoren selv om væsken som behandles har kort oppholdstid. Dette er selve definisjonen på en effektiv prosess.
     
  • Væsken som behandles tilføres i bunnen av reaktoren, og går ferdigbehandlet ut i toppen.
     
  • Den biologiske prosessen er autotrof, som betyr at organismene lever på bare uorganiske føder, primært sulfid (som elektron-kilde), og nitrat som (elektron-akseptor).
     
  • Karbon, som er cellers hoved-bestanddel, kommer fra løst karbonat i vannet.
     
  • Dette er en svært ‘mager diett’ slik at bakteriene vokser spesielt sakte. Det er, på den ene siden en klar fordel, fordi det dermed produseres lite overskudd av organisk masse og dermed lite ‘avfall’ fra prosessen.
     
  • På den annen side medfører dette en utfordring i å opprettholde nok kultur til å ha en effektiv prosess. En granul-prosess som utviklet her, er derfor eneste måte å oppnå effektiv omdanning av sulfid til svovel, som lett kan høstes som en hovedbestanddel av kuler som organismene selv lager.

Referanse:

Michal Sposob, doktorgradsavhandling:  “Biological hydrogen sulfide removal with nitrate»  
Omtale av doktorgraden og funnene (på engelsk)