Stroom uit de grond

Met een rijstveld van een hectare wist Verstraete een vermogen van 330 Watt op te wekken. Stroom uit de grond dus. Hoogleraar environmental biotechnology prof.dr.ir. Mark van Loosdrecht (Technische Natuurwetenschappen) staat er niet zo van te kijken. “Tussen de toplaag van de grond of een laagje water boven een sediment en de aarde eronder staat altijd een potentiaalverschil waaruit met behulp van bacteriën stroom gewonnen kan worden. Plaats een anode in het sediment en een kathode in het water erboven en je kunt een stroompje laten lopen. Het is altijd maar een klein stroompje, omdat het potentiaalverschil in stand moet worden gehouden door, in dit geval, de productie van organisch stof door plantenwortels. En dat gaat erg langzaam. Een oplossing voor energievraagstukken biedt deze technologie daarom niet,” zegt hij desgevraagd.

En plantaardig afval dan, kan dat niet in een microbiële brandstofcel worden gebruikt? “Het is veel efficiënter om dat in methaan om te zetten en dat te gebruiken in gascentrales,” aldus Van Loosdrecht.

Ook Gert Jan Euverink, van het onderzoeksinstituut Wetsus, denkt niet dat bacteriën de wereld met deze techniek gaan redden. “Wij gebruiken een vergelijkbare techniek om water te zuiveren en tegelijkertijd energie te winnen. Maar het gaat maar om kleine hoeveelheden energie.”

Technisch gezien is het volgens de professor wel een mooie uitdaging om het proces zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. “Je moet ervoor zorgen dat de bacteriën de elektronen die ze verkrijgen tijdens het afbreken van organisch materiaal zoveel mogelijk afgeven aan elektrodes en met maximale energie-inhoud. Bacteriën romen graag zoveel mogelijk energie af van de elektronen. Dit kunnen ze doen door de elektronen uiteindelijk met zuurstof te laten reageren tot water. Indien er geen zuurstof is kan nitraat of CO2 worden gebruikt. In die gevallen winnen de bacteriën minder energie uit de elektronenoverdracht. “Vergelijk het met een waterkrachtcentrale,” zegt Van Loosdrecht. “Die haalt de meeste energie uit het water dat van grote hoogte naar beneden valt.”

Met de schamele paar milliwatt per vierkante meter, die je volgens de professor in het beste geval uit de grond krijgt, kun je volgens hem overigens wel leuke dingen doen. “Je kunt er bijvoorbeeld kleine sensoren in velden mee voeden of zelfs sensoren op de zeebodem waar de techniek ook kan worden toegepast. Ook is het interessant om te onderzoeken hoe de bacteriën de elektronen afgeven. Bij chemische reacties in de natuur komen moleculen de cel binnen om elektronen op te nemen of af te staan. Gebruiken de bacteriën soms minuscule elektrische draadjes om de elektronen over te brengen of zijn er een soort deeltjes die als shuttles fungeren? Dat vinden wij interessante vragen.”

Met een rijstveld van een hectare wist Verstraete een vermogen van 330 Watt op te wekken. Stroom uit de grond dus. Hoogleraar environmental biotechnology prof.dr.ir. Mark van Loosdrecht (Technische Natuurwetenschappen) staat er niet zo van te kijken. “Tussen de toplaag van de grond of een laagje water boven een sediment en de aarde eronder staat altijd een potentiaalverschil waaruit met behulp van bacteriën stroom gewonnen kan worden. Plaats een anode in het sediment en een kathode in het water erboven en je kunt een stroompje laten lopen. Het is altijd maar een klein stroompje, omdat het potentiaalverschil in stand moet worden gehouden door, in dit geval, de productie van organisch stof door plantenwortels. En dat gaat erg langzaam. Een oplossing voor energievraagstukken biedt deze technologie daarom niet,” zegt hij desgevraagd.

En plantaardig afval dan, kan dat niet in een microbiële brandstofcel worden gebruikt? “Het is veel efficiënter om dat in methaan om te zetten en dat te gebruiken in gascentrales,” aldus Van Loosdrecht.

Ook Gert Jan Euverink, van het onderzoeksinstituut Wetsus, denkt niet dat bacteriën de wereld met deze techniek gaan redden. “Wij gebruiken een vergelijkbare techniek om water te zuiveren en tegelijkertijd energie te winnen. Maar het gaat maar om kleine hoeveelheden energie.”

Technisch gezien is het volgens de professor wel een mooie uitdaging om het proces zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. “Je moet ervoor zorgen dat de bacteriën de elektronen die ze verkrijgen tijdens het afbreken van organisch materiaal zoveel mogelijk afgeven aan elektrodes en met maximale energie-inhoud. Bacteriën romen graag zoveel mogelijk energie af van de elektronen. Dit kunnen ze doen door de elektronen uiteindelijk met zuurstof te laten reageren tot water. Indien er geen zuurstof is kan nitraat of CO2 worden gebruikt. In die gevallen winnen de bacteriën minder energie uit de elektronenoverdracht. “Vergelijk het met een waterkrachtcentrale,” zegt Van Loosdrecht. “Die haalt de meeste energie uit het water dat van grote hoogte naar beneden valt.”

Met de schamele paar milliwatt per vierkante meter, die je volgens de professor in het beste geval uit de grond krijgt, kun je volgens hem overigens wel leuke dingen doen. “Je kunt er bijvoorbeeld kleine sensoren in velden mee voeden of zelfs sensoren op de zeebodem waar de techniek ook kan worden toegepast. Ook is het interessant om te onderzoeken hoe de bacteriën de elektronen afgeven. Bij chemische reacties in de natuur komen moleculen de cel binnen om elektronen op te nemen of af te staan. Gebruiken de bacteriën soms minuscule elektrische draadjes om de elektronen over te brengen of zijn er een soort deeltjes die als shuttles fungeren? Dat vinden wij interessante vragen.”