Stroom uit de grond. Gewoon uit de bodem. Het kan. Dankzij bacteriën. Biotechnologen voorspellen deze techniek een gouden toekomst.
De Gentse hoogleraar bio-engineering Willy Verstraete publiceerde vorige maand in het vakblad Environmental Science and Technology een artikel over hoe je stroom kunt winnen uit de grond. Gewoon direct uit de grond. In een rijstveld. Het geheim: de miljarden en miljarden bacteriën die leven van de organische stoffen die het rijstplantje in de bodem uitscheidt. Die kun je omtoveren in microscopisch kleine, nooit leeg rakende batterijtjes. De rijstplantjes hebben niets te lijden, en de eindproducten van deze vorm van elektriciteitsproductie zijn water en koolzuurgas. Verstraete en zijn team van LabMED berekenden dat ze 330 Watt konden halen uit een hectare rijst. Dat lijkt dun gezaaide stroom, maar het is het begin van wat een zeer veelbelovende ontwikkeling lijkt te zijn.
Bacteriën produceren elektriciteit. Dat is al heel lang bekend. Die stroom is een ‘afvalproduct’ van hun normale stofwisseling, waarbij ze organische verbindingen omzetten in water, CO2 en energie. Het gaat de bacteriën om die energie; maar bij dat proces komt ook een proton vrij, en een elektron. Onder normale omstandigheden kunnen de bacteriën die twee langs chemische weg ‘opruimen’. Maar je kunt ze die mogelijkheid ontnemen, of dat heel lastig maken, en de bacteriën ‘verleiden’ om hun elektronen en protonen af te staan; de eerste aan een positief geladen anode, een stukje vaste stof dat deze elektronen afvoert, en de (positief geladen) protonen aan een (negatieve) kathode – en als je die twee verbindt (zet er gerust een lampje tussen) dan is het elektrische circuit rond. Stroom uit leven. Een ‘microbiële brandstofcel’, oftewel Microbial Fuel Cell (MFC).
Het enige dat erin gaat is organische stof, en wat eruit komt is stroom. Die organische stof, dat kan van alles zijn. Suikers, cellulose, huishoudelijk afval: alles wat bacteriën kunnen verteren – en dat is heel veel. Biotechnologen zijn tegenwoordig is staat bacteriën te maken die de gevaarlijkste organische stoffen verteren. MFC’s leveren dus niet alleen schone stroom, ze kunnen ook nog chemisch afval onschadelijk maken. Of denk aan de enorme hoeveelheden residu (vooral stro) die de landbouw produceert. Je kunt het verstoken en stroom opwekken. Maar MFC’s beloven iets veel beters. Wie die restanten langs de gebruikelijke weg omzet (verbranden, stoom maken, turbines laten draaien), mag blij zijn met een rendement van dertig à veertig procent. MFC’s zullen in principe in staat zijn rendementen te leveren van zeventig, tachtig procent.
MFC’s zijn hot. Naast het Belgische LabMED hebben tientallen laboratoria verspreid over de hele wereld zich op dit onderwerp gestort. Een van de voornaamste onderzoekers, Derek Lovely van de Universiteit van Massachusetts, heeft miljoenen weten weg te halen bij de Amerikaanse ministeries van Energie en Defensie, de Amerikaanse marine en automaker Toyota. Hij experimenteert met de bacteriefamilie geobacter, die ijzeroxiden (zeg maar roest) verteren. De Amerikaanse marine gebruikt al sensoren op open zee die door deze ijzervreters van stroom worden voorzien.
De bekendste profeet van de MFC-revolutie is Peter Girguis, hoogleraar microbiologie aan de universiteit van Harvard. Ook Girguis heeft een MFC ontwikkeld op basis van doodgewone bacteriën. Eigenlijk is die bacteriestroom ondergrondse zonne-energie, aldus Girguis. De zon strooit gigantische hoeveelheden energie op de aarde, en die verdwijnen voor het grootste deel in de grond, in de vorm van organische verbindingen. Bacteriën maken daar stroom. Zijn bedrijf, Living Power Systems, heeft de ‘lichtemmer’ in de aanbieding: zet hem op de grond en hij levert jarenlang genoeg energie voor een LED-lampje of om je gsm op te laden. Girguis’ bodembacteriën kunnen niet meer leveren dan een halve Watt per dag per vierkante meter. Maar die bescheiden stroomproductie kan voor ontwikkelingslanden interessant zijn. En bedenk, het is niet meer dan een prototype: Living Power Systems zegt dat nieuwe modellen (nu alleen nog in het lab) tien keer zo veel stroom produceren.
Girguis voorspelt dat MFC’s straks met gemak 15 tot 20 procent van onze (huishoudelijke) stroombehoefte kunnen verzorgen. Daar zijn dan hoogstwaarschijnlijk wel ‘verbeterde’ bacteriën voor nodig – en ook daar wordt aan gewerkt. J. Craig Venter, de bioloog/ondernemer die met zijn bedrijf Celera Genomics een belangrijke bijdrage heeft geleverd aan het ontrafelen van het menselijk genoom, heeft zich ook op de bacteriestroom gestort. Hij heeft een ander bedrijf opgericht, Synthetic Genomics, dat zich bezighoudt met de synthetische biologie: het manipuleren van bestaand DNA, of het maken van kunstmatig DNA, om daarmee compleet nieuwe levensvormen te scheppen. Levensvormen die precies doen wat de onderzoeker wil. En een van de concrete doelen van Synthetic Genomics is een superbacterie die huishoudelijk afval snel en efficiënt omzet in water, CO2 en stroom. Venter droomt van een wereld waarin onze groeiende energiebehoefte opgelost wordt vanuit onze groeiende afvalbergen. Kort gezegd: Je laat de juiste bacteriemix los in een afvalberg, steekt stroomdraden erbij, en sluit de boel aan op het lichtnet. Na vele jaren gratis energie is het afval verteert.
Dat aansluiten van die bacteriën is de uitdaging. De huidige MFC’s moeten het hebben van bacteriën die zij aan de anode en kathode hechten. Een medewerker van Venter, Yuri Gorby, wil bacteriën ‘leren’ om gigantische ondergrondse netwerken te vormen, ‘electrical communities’, die hun stroom aan elkaar doorgeven en uiteindelijk overdragen aan de anode en kathode, zodat grote stukken van de bodem veranderen in, zoals Gorby het formuleert, ‘een geologische batterij’. Of het ooit zover komt, is een van de grote vragen tijdens de eerste internationale conferentie gewijd aan MFC’s die eind mei wordt gehouden aan de Pennsylvania State Universiteit. Maar dat de MFC’s er komen, staat buiten kijf. Zeer efficiënt. Brandschoon. En ze vreten alles.
BRON: http://www.depers.nl/wetenschap/193081/ ... aarde.html
