Deze bacterie kan elektriciteit opwekken

Beeld: Imageselect

Hoewel de meeste organismen zuurstof nodig hebben om te overleven, gedijen sommige micro-organismen in een omgeving zonder zuurstof. Dit is te danken aan een indrukwekkende eigenschap: ze zijn in staat om andere moleculen dan zuurstof te ‘ademen’. Sommige micro-organismen in de bodem kunnen nitraat gebruiken, terwijl andere microben op de zeebodem die in de buurt van vulkanische schoorstenen leven dan weer zwavel gebruiken om te overleven en te groeien. Voor al deze organismen geldt echter dat ze dicht in de buurt van hun voedingsbron moeten zijn. Maar er is één uitzondering op deze regel: Geobacter sulfurreducens. Deze ingenieuze bacterie kan in zuurstofarme omgevingen zoals sedimenten overleven. Hoe ze dat doet? Ze gebruikt metaaldeeltjes – zoals ijzer – die aanwezig zijn in het sediment als een soort van ‘snorkel’ om toegang te krijgen tot zuurstof die niet in hun onmiddellijke nabijheid beschikbaar is. Deze snorkel levert niet rechtstreeks zuurstof aan de bacterie, maar het stelt haar in staat om een elektrische verbinding met de zuurstof tot stand te brengen. In een laboratoriumomgeving kan Geobacter sulfurreducens hiervoor elk geleidend materiaal gebruiken, zoals grafiet – het materiaal waar potloden van worden gemaakt.

Alternatief voor batterijen

Omdat deze bacterie een elektrische stroom kan opwekken tussen zichzelf en de zuurstof in haar omgeving, kwamen wetenschappers op het idee om dit micro-organisme te gebruiken als energiebron of ‘microbiële brandstofcel’. Zo’n brandstofcel bestaat uit een compartiment waar Geobacter sulfurreducens gevoed wordt, dat elektrisch verbonden is met een tweede compartiment met zuurstof. Helaas zijn zulke brandstofcellen nog niet helemaal klaar om een hoog elektrisch vermogen te leveren, of in elk geval niet voor langere periodes. Zo kan je een microbiële brandstofcel niet opladen, want als haar voedsel op is kan Geobacter sulfurreducens geen stroom meer opwekken.

Er is dus meer onderzoek en ontwikkeling nodig voordat we kunnen vertrouwen op een microbiële elektriciteitsbatterij om onze huizen of auto’s van stroom te voorzien. Maar in vergelijking met traditionele batterijen maken microbiële brandstofcellen het mogelijk om goedkope en volledig hernieuwbare verbindingen te gebruiken, zonder giftige elementen. Daarom is het een veelbelovend alternatief voor batterijen indien een lager vermogen nodig is.

Hopelijk past ook afvalwater uit onze riolering in het dieet van de bacterie. Dit zou een veelbelovende toepassing zijn. De meestgebruikte afvalwaterbehandelingstechniek maakt momenteel al gebruik van micro-organismen in een proces dat ‘actief slib’ wordt genoemd. Bij deze behandeling hebben de microben een grote hoeveelheid zuurstof nodig en is er bijgevolg veel energie nodig om het slib voldoende te beluchten. Geobacter sulfurreducens zou dus mogelijk een goed alternatief kunnen zijn in dit proces, omdat zij met haar snorkel makkelijker toegang heeft tot zuurstof en zelfs elektriciteit kan opwekken terwijl ze ons rioolwater reinigt. Zo kan naar het toilet gaan in de toekomst misschien onze huizen van stroom voorzien…