Forestil dig en fremtid, hvor slam fra spildevand ikke blot er et tarveligt og beskidt restprodukt fra vores samfund, men en vigtig komponent for grønne, bæredygtige industrier. Hvor kulstof, fosfor, kvælstof og andre værdifulde elementer kan totaludvindes og genanvendes i et cirkulært system, så intet går til spilde, men i stedet erstatter de fossile råstoffer, vi i dag graver op af jorden. Det er formålet med lektor Patrick Billers forskning, der tager udgangspunkt i teknologien hydrotermisk forvæskning (HTL), som er en proces, der efterligner de geologiske processer, som i første omgang førte til produktionen af klodens fossile brændstof.
2023 Grundfos Prize Lecture – Patrick Biller from Grundfos Foundation | PDJF on Vimeo.
For denne forskning i og udvikling af HTL-teknologi modtog Patrick Biller den 9. november 2023 årets Grundfospris ved en ceremoni i Bjerringbro. Prisen består af skulpturen “Be-Think-Innovate” af kunstneren Flemming Brylle og en kontant betaling på 1 mio. kr, hvoraf 250.000 kr. går direkte til prismodtageren, mens de resterende 750.000 kr. går til forskning inden for området.
”Det er en stor anerkendelse at modtage Grundfosprisen. Det giver motivation til at fortsætte, når jeg ser, at det, jeg beskæftiger mig med, har betydning for samfundet og for mennesker. At jeg gør noget rigtigt. Noget godt. Og at vi ikke bare er en lille flok nørder, der arbejder afsides på noget dybt nørdet. For det gør vi jo. Men perspektiverne er store,” siger lektoren.
2023 Grundfos Prize laureate: Patrick Biller from Grundfos Foundation | PDJF on Vimeo.
Ville ikke arbejde i bilindustrien som alle de andre
Patrik Biller er født og opvokset i Tyskland men valgte at læse energi- og miljøteknologi på University of Leeds efter sin studentereksamen. Interessen kom fra klima- og miljøproblematikken, en interesse for vedvarende energi, samt gode muligheder for at få jobs på den anden side.
”Det var bare det logiske valg at blive ingeniør. I Tyskland er det ret almindeligt at blive maskiningeniør og få job i bilbranchen, men jeg interesserede mig langt mere i miljøet,” siger han.
Han havde egentlig aldrig overvejet en forskerkarriere, men muligheden bød sig ved afslutningen på kandidaten, hvor en af Patricks professorer spurgte ham, om han havde lyst til at lave en ph.d.
”Jeg anede ikke, hvad jeg skulle bruge en ph.d. til, eller hvordan en karriere i forskning fungerer. Men jeg tænkte, at jeg var glad for at læse på universitetet, så jeg blev. Det var en stor motivation for mig, at jeg godt kunne lide forskning,” siger Patrick Biller.
Biller blev anerkendt for sine præstationer både under og efter sin ph.d. Blandt andet med en guldmedalje, den såkaldte Peter Wilson-medalje, der årligt tildeles én forsker på University of Leeds, der har givet et ’fremragende bidrag til postgraduat forskning’.
Han kom til Danmark i 2015 og blev en del af det daværende Institut for Ingeniørvidenskab i 2017. I 2019 modtog han et meget prestigefyldt ERC Starting Grant fra EU’s Forsknings- og Innovationsprogram Horizon 2020, som gav ekstra fart til hans forskning og bl.a. gjorde, at hans forskningsgruppe voksede markant i størrelse.
Da Patrick startede gruppen op, talte den kun ham selv og en enkelt ph.d.-studerende. Gruppen favner i dag knap 15 forskere. I 2020 blev Biller og hans forskningsgruppe en del af Aarhus Universitets Institut for Bio- og Kemiteknologi. Gennem årene har han været en af de vigtigste drivkræfter på verdensplan inden for udvikling af HTL og har formået at få udviklet teknologien fra at omsætte få milliliter i laboratorier på University of Leeds tilbage i 2012 til kommerciel skala i Danmark fra 2024.
”Patrick Billers forskning har på markant vis bidraget til udvikling og skalering af selve omdannelsesprocessen og den detaljerede forståelse af omdannelsesprocesserne med forskellige fødestrømme. Han har udvist særdeles stor selvstændighed under opbygningen af forskningsfeltet på universitetet og bidraget til udviklingen af undervisningen på området. Endelig skal hans omfattende industrisamarbejde fremhæves,” udtaler Flemming Konradsen, formand for Grundfos Fonden.
Formand Flemming Konradsen overrækker Grundfospris-statuetten til Patrick Biller. Foto: Lars Holm
CO2-neutrale produkter fra affald
Den teknologi, som Patrick Biller har været med til at udvikle, bygger på de samme processer, der i naturen har dannet den råolie, som vi pumper op fra undergrunden. Råolie er resterne af mikroorganismer, der gennem millioner af års tryk og varme er omdannet fra mikrobiel biomasse til det råstof, vi bruger i mange af vores største industrier i dag, fra tøj og tekstiler til brændstoffer til plastik og kemi- og medicinalindustrien.
På samme måde anvender Patrick tryk og varme til at omdanne affaldsbiomasse til bioolie, der kan opgraderes til højværdiprodukter som f.eks. brændstof og platformskemikalier. Forskellen er bare, at HTL-teknologien sørger for, at processen foregår langt hurtigere end naturen.
”Med HTL-teknologien kan vi lave CO2-neutrale produkter fra vedvarende ressourcer – fra forurenet slam, der bliver set på som værende det sorteste affald fra samfundet. Vi kan lave CO2-neutrale produkter fuldstændig tilsvarende dem, vi har i dag, og hvor vi således ikke går på kompromis med kvaliteten og samtidig fjerner forurening fra miljøet,” siger han.
Patrick Biller indledte sin forskning i HTL allerede under sin ph.d. på University of Leeds, hvor han arbejdede med at dyrke mikroalger og udviklede en reaktor, som brugte HTL-teknologi til at omdanne dem til råolie.
”Processen med mikroalger var for dyr rent praktisk, energiomkostningerne for store, hele den nødvendige infrastruktur for tung, men jeg fandt ud af, at det kunne lade sig gøre, og at man kunne anvende teknikken til en række andre ting. At en modnet teknologi, anvendt på en rigeligt tilgængelig ressource, som man måske endda kunne få penge for at fjerne, kunne bidrage med noget der virkelig kunne give mening for samfundet,” siger han.
Patrick Billers festforelæsning ved Grundfosprisen 2023, Torsdag d. 9. november 2023. Foto: Lars Holm.
Det cirkulære samfund
I dag bruger Patrick Biller og hans forskningsgruppe Hydrothermal Processing HTL til at omdanne problematiske affaldsressourcer som f.eks. spildevandsslam, madaffald eller gylle, som ofte er fyldt med skadelige, menneskeskabte stoffer, til produkter af høj værdi.
Affaldet er ofte svært at håndtere, notorisk forurenet, der er som regel for meget af det, og det er vanskeligt at udnytte. Men i et cirkulært samfund er vi nødt til at genbruge vores affald for at trække de ressourcer ud af det, som vi har brug for.
Tag for eksempel fosfor – en værdifuld og sparsom ressource, som ligger i top-20 over EU’s liste over kritiske råstoffer. Europa har ikke selv fosforreserver i undergrunden. Disse skal derfor primært importeres fra Nordafrika, hvor fosfor hentes op fra miner som bjergarten fosforit.
Mineindustrien samt raffinering og transport af fosforit til gødning er forbundet med en betydelig udledning af drivhusgasser. Samtidig er fosforit en begrænset ressource. Der er fosforressourcer nok til yderligere ca. 50-100 år. Hvis vi løber tør, vil det få store konsekvenser for menneskeheden, fordi fosfor er helt nødvendigt til vores fødevareproduktion, hvis man vil bibeholde det afkast, moderne landbrug kan give.
”Alt for længe har vi haft et forbrug, der ikke bliver genbrugt. Vi bliver ved med at pumpe miljøproblematiske stoffer ud i naturen, og det giver selvsagt problemer i sidste ende. Fosfor og kvælstof er eksempler på ressourcer, vi ved hjælp af HTL kan trække ud af spildevandsslam uden de skadelige produkter, der også findes i slammet som f.eks. tungmetaller, antibiotika, pesticider og mikroplastik,” siger lektoren.
Vedvarende kulstofkilder
Den grønne omstilling kalder først og fremmest på teknologier, der kan bryde med den afhængighed af olie, vores kulstofbaserede fremstillingsindustrier lider under.
Det kræver en helt ny industriel infrastruktur – en gentænkning af den måde, vi producerer på, centreret omkring en langt bedre og mere effektiv udnyttelse af bl.a. samfundets affaldsstrømme for at recirkulere kulstof i samfundets fødekæde.
”Vi mangler vedvarende kulstofkilder. Vi gør det godt med at elektrificere samfundet og transportsektoren og varmesystemer, men der er et stort behov for kulstof til en lang række industrier som shipping, flytransport og den kemiske industri, der i dag er enormt afhængige af kulstof fra olie,” siger Patrick Biller og fortsætter:
”HTL er netop en sådan teknologi, der kan omsætte affald som en vedvarende kulstofkilde til de råstoffer, vores samfund og industrier har brug for.”
Aarhus Universitet indviede et af verdens største HTL-forsøgsanlæg til biomasse i AU Viborg i 2015, og siden har universitetets forskere med Patrick Biller i spidsen arbejdet på at optimere processen ved at øge energieffektiviteten og maksimere genvindingen af kulstof, fosfor og kvælstof. I starten af 2024 flytter forskerne sammen med industrielle partnere deres forsøgsaktiviteter ud af laboratoriet til spildevandsrensningsanlægget i Fredericia, hvor HTL for første gang i Danmark bliver implementeret kommercielt i fuld skala og med direkte anvendelse af det producerede brændstof i raffinaderiet få kilometer derfra.
”Vi ser en kæmpe interesse for det her. Der er mange virksomheder, der gerne vil bruge teknologien og kan se værdien i den. Kan se, at det virker. Jeg vil tro, der skyder mange HTL faciliteter op inden for de næste tre år,” siger lektoren.
Patrick Biller bor i dag i Aarhus V. Han er gift og har et enkelt barn.
Om Grundfosprisen
Grundfosprisen blev oprettet af Grundfos Fonden (Poul Due Jensens Fond) i 2001 for at stimulere, anerkende og støtte national og international forskning i banebrydende, samfundsgavnlige og fremsynede løsninger inden for det tekniske og naturvidenskabelige område.
Siden 2018 har Grundfosprisen hædret unge forskere gennem temaet “The Stars of Tomorrow”, og Patrick Biller er således den sjette unge forsker, som modtager prisen bestående af skulpturen Be-Think-Innovate og 1 million kroner, hvoraf 750.000 er øremærket til videre forskning inden for vinderens felt.