Anammox-bacteriën wekken elektriciteit uit afvalwater op

Anammox-bacteriën kunnen elektriciteit uit afvalwater maken door ze te laten groeien op elektroden in afwezigheid van nitriet. Dat blijkt uit onderzoek van microbiologen aan de Radboud Universiteit samen met collega’s uit de Verenigde Staten en Saudi-Arabië, dat is verschenen in Nature communications. Het is het laatste puzzelstukje in een lange wetenschappelijke zoektocht van hoofdonderzoeker Mike Jetten naar ‘onmogelijke reacties’.

Het is al langere tijd bekend dat anammox-bacteriën ammonium kunnen omzetten in stikstofgas zonder daarbij zuurstof te gebruiken. In Nederland draaien inmiddels zo’n twintig Anammox-installaties die dit proces gebruiken. Deze methode waarbij veel minder zuurstof nodig is, is zeer energiezuinig en dus duurzamer dan de reguliere methode van stikstof verwijdering uit afvalwater.

Elektriciteit produceren

Daarnaast leek er wellicht een andere interessante toepassing mogelijk met de bacterie. “Bij de omzetting van stoffen kunnen bacteriën elektronen vrijmaken, en die kun je gebruiken voor het produceren van elektriciteit. Wij vroegen ons daarom af: kunnen we anammox-bacteriën ook verleiden tot het maken van stroom uit afvalwater?”, vertelt Mike Jetten, hoogleraar Ecologische Microbiologie aan de Radboud Universiteit.

Nitriet verminderen

Dat blijkt mogelijk te zijn. Normaal gesproken komen er bij de afbraak van ammonium elektronen vrij, die de bacteriën vervolgens gebruiken om nitriet mee om te zetten in stikstofgas. Door langzaam de hoeveelheid nitriet te verminderen, hebben de onderzoekers de anammox-bacteriën gedwongen de elektronen uit ammonium op een andere manier kwijt te raken. “We konden met speciale metalen elektrodes de vrijgekomen elektronen opvangen in een minireactor, en die vervolgens door een stroomdraad laten lopen. En inderdaad: we zagen de stroommeter op een gegeven moment uitschieten”, zegt Jetten.

Grotere tank

“De anammox-bacterie kan deze reactie wel uitvoeren, maar het is niet zijn favoriete bezigheid’, zegt Jetten. De omzetting van ammonium verloopt op deze manier slechts met een vijfde van de snelheid ten opzichte van de normale situatie waarbij er nitriet aanwezig is. “En zodra er nitriet aanwezig is, gebruikt de bacterie dat ook nog eens veel liever”. De oplossing: een grotere tank met méér bacteriën gebruiken om te compenseren voor het tragere tempo.

De beperkende factor is nu nog de metalen elektrode, zegt Jetten in een interview met de New Scientist. ” Alle bacteriën moeten op het oppervlak van de elektrode zitten om stroom te leveren. Zo’n elektrode heeft natuurlijk maar een beperkte ­hoeveelheid plek. De ­volgende ­uitdaging is om elektroden te maken met een zo groot mogelijk oppervlak.”

Meer onderzoek

Met een ERC Synergy Grant gaan Jetten samen met collega Caroline Slomp (UU) en hun team verder onderzoeken of anammox-bacteriën in de natuur, zoals op de zeebodem, deze reactie ook uitvoeren. “Misschien zijn er op deze plekken ook wel andere organismen te vinden die deze reactie nog veel beter kunnen’, aldus Jetten. “Daarnaast gaan we bekijken hoe deze reacties precies mogelijk zijn. Na de eerste vinding is er nog meer onderzoek nodig om deze reactie uiteindelijk op grote schaal te kunnen toepassen.”