15/08/2016
Door Ad Spijkers
Mensen vertrouwen bij de bereiding van veel voedingsmiddelen al honderden jaren op micro-organismen. De TU Kaiserslautern werkt aan een bio-elektrische methode om er ook brandstoffen mee te maken.
Wanneer over enkele decennia de oliebronnen opdrogen, zijn nieuwe technologieën nodig om auto’s en andere machines aan het draaien te houden. Een alternatief voor conventionele benzine wordt gevormd door brandstoffen die uit duurzame grondstoffen worden gewonnen. Aan de Technische Universität Kaiserslautern onderzoekt Dr. Mareike Engel of een benzinevervanger met behulp van bacteriën is te produceren.
De micro-organismen zetten tijdens fermentatie plantaardige reststoffen uit bijvoorbeeld hout om in een brandstof. Engel slaat voor deze reeds bekende methode nieuwe wegen in. Ze combineert de fermentatie met een elektrochemische methoden opdat de bacteriën de benzinevervanger in grotere hoeveelheden produceren.
De kleinste levensvormen worden echter niet alleen gebruikt bij de productie van voedingsmiddelen maar ook bij de vervaardiging van medicijnen, kunststoffen of brandstoffen. Steeds meer gebruiken industriële ondernemingen hierbij duurzame grondstoffen. Plantaardige stoffen kunnen als uitgangsmateriaal voor verschillende substanties dienen. Daarbij zetten micro-organismen houtvezels om in verschillende suikers.
Butanol als brandstof
Dr. Engel verricht onderzoek om butanol met zo’n methode te produceren. Butanol lijkt met zijn chemische en natuurkundige eigenschappen sterk op benzine. Dit maakt het interessant als brandstof, het kan direct in plaats van benzine worden gebruikt. Voor de fermentatie gebruikt ze de bacterie Clostridium acetobutylicum, die butanol kan produceren uit cellulosevezels in houtresten of ander plantaardig afval.
Engel gaat echter nog een stap verder. Ze gebruikt niet alleen een oude en beproefde methode maar combineert de fermentatie met een elektrochemische methoden. De bacteriën blijken het butanol sneller en in grotere hoeveelheden te produceren wanneer een elektrisch potentiaal wordt aangelegd. De micro-organismen gebruiken hierbij de vrijkomende elektronen om de brandstof te produceren.
Het is echter maar in grote lijnen bekend wat bij deze processen op moleculair niveau gebeurt en hoe de elektronen in de bacteriecellen komen. Engel vermoedt dat de bacteriën nanodraden vormen en aldus de elektronen opnemen.
In de kinderschoenen
Engel promoveerde op het onderwerp aan de Duits-Franse leerstoel Energie- en Aandrijftechniek in Rouen en de TU Kaiserslautern. Samen met biofysici van het Structuring Center aan de TU wilde ze de bacteriën onder een rasterelektronenmicroscoop nauwkeuriger onderzoeken om uit te vinden welke processen bij de micro-organismen lopen.
Het onderzoek naar bio-elektrochemie staat nog enigszins in de kinderschoenen. Pas een jaar of tien werken wetenschappers er aan de beide technologieën te combineren. Er zijn bijvoorbeeld nog geen geschikte bioreactoren waarbij elektrochemisch componenten aaanwezig zijn. Omdat Engel die voor de fermentatie wel nodig had, besloot ze zelf een eigen systeem te bouwen (foto). Engel is een van de eerste onderzoekers in dit nieuwe vakgebied en wordt daarbij ondersteund door het Dechema-Forschungsinstitut in Frankfurt, dat eveneens onderzoek doet naar bio-elektrochemie (foto: TU Kaiserslautern).