In de toekomst zullen afvalwaterzuiveringsinstallaties niet alleen schoon water leveren voor kranen en douchekoppen – misschien zijn het ook energiecentrales waar grote bacteriekwekerijen groene stroom produceren.
Franse onderzoekers hebben de dodelijke E. colibacterie elektriciteit laten opwekken in een plas afvalwater.
In de natuur zijn er microben die elektriciteit produceren, maar alleen in combinatie met specifieke chemicaliën in bepaalde omgevingen.
Deze doorbraak maakt de weg vrij om met bacteriën op grote schaal groene stroom te produceren.
Microben eten metaal en ademen elektriciteit
Een bacterie die elektriciteit kan opwekken via zogeheten extracellulaire elektronenoverdracht (EET) is Shewanella oneidensis MR-1.
De cellen van de bacterie voeden zich onder meer met deeltjes van zware metalen. Het restproduct van de maaltijd zijn elektronen, die de cel weer afscheidt, en dit kan elektriciteit creëren. De bacteriecellen geleiden de elektriciteit echter niet erg goed, dus het biochemische proces is weinig efficiënt.
In het nieuwe experiment stemden de onderzoekers delen van de cellen van de E. colibacterie af op die van Shewanella. Zo zetten ze een ‘genetische schakelaar’ aan voor een eiwit in de celkern dat helpt bij het transport van stoffen in en uit de cel.
Volgens het onderzoek wisten de onderzoekers een complete EET-route in en uit de E. colibacterie te creëren – een baanbrekende prestatie die niemand eerder voor elkaar heeft gekregen.
Dit veranderde de dodelijke bacteriën in elektrische microben die elektriciteit kunnen opwekken uit chemicaliën en die drie keer zo efficiënt zijn als andere elektrische bacteriën.
Populatie groeit exponentieel
De nieuwe studie, die is gepubliceerd in het tijdschrift Joule, maakt volgens de onderzoekers de weg vrij voor E. colibacteriën om schadelijke zware metalen in afvalwater om te zetten in hernieuwbare energie.
‘E. coli kan groeien op allerlei bronnen, waardoor we elektriciteit konden produceren in verschillende omgevingen, zoals afvalwater,’ legt professor Ardemis Boghossian uit.
Andere elektrische microben overleven niet in afvalwater, maar de gemodificeerde E. colibacteriën wel, en hun populatie groeit exponentieel.
‘In plaats van energie te gebruiken om organisch afval te behandelen, produceren we elektriciteit terwijl we organisch afval verwerken, waardoor we twee vliegen in één klap slaan,’ aldus een enthousiaste professor Boghossian.
Maar het potentieel van de nieuwe technologie kan nog groter worden, hopen de onderzoekers.
De genetica van de E. colibacterie kan worden aangepast aan nog veel meer omgevingen, waardoor hij tal van chemische stoffen op kan nemen. Zo wordt de bacterie een veelzijdig hulpmiddel bij de ontwikkeling van duurzame technologie.