‘t Is weer eens wat anders dan saaie zonnepanelen of logge windmolens. Wetenschappers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om duurzaam groene stroom op te wekken: bionische champignons. Bedekt met een kleedje van geleidend grafeen en een sierlijke sliert bacteriën kan de simpele paddenstoel bio-energie opwekken.

Gooi niet meteen je zonnepanelen weg om je tuin vol te zetten met paddenstoelen. Amerikaanse onderzoekers kregen het weliswaar voor elkaar om witte champignons (bekend uit de supermarkt) elektriciteit te laten produceren door ze te bedekken met cyanobacteriën, maar veel is het niet. Een enkel champignonnetje met bacteriën levert nog maar 65 nano-ampère. Zelfs om een klein led-lampje te laten branden heb je meerdere bionische champignons nodig.

Versierde hoed

De kracht van het ontwerp is de symbiotische relatie tussen de cyanobacterie en de champignon. Dergelijke samenwerkingen tussen bacteriën en paddenstoelen komen in de natuur vaak voor.

Cyanobacteriën zijn in staat om via fotosynthese zonlicht en water om te zetten in energie en zuurstof, net als planten. Het is al langer bekend dat de bacteriën hierbij wat elektriciteit produceren. Daarom wordt er gezocht naar een manier om met deze microben groene energie op te wekken. Maar in een kunstmatige omgeving werken de bacteriën niet optimaal.

Dat is waar de champignon komt kijken. De paddenstoel biedt de bacteriekolonie een veilige leefomgeving en voorziet in vocht en voedingsstoffen. Geactiveerd door (zon)licht kunnen de bacteriën vervolgens energie produceren in de vorm van energierijke elektronen. Die elektronen wekken een elektrisch stroompje op dat door het grafeen kan worden afgevoerd.

Grafeenlinten

De onderzoekers maken bionische champignons met behulp van een 3D-printer die verschillende soorten ‘inkt’ kan printen. Eerst printen ze met elektronische inkt die grafeen bevat linten op de hoed van de paddenstoel. De linten vormen een vertakkend patroon. Over de grafeenlinten heen printen ze een sierlijke spiraalsliert van biologische inkt met de cyanobacteriën. Daar waar de bio-inkt en de elektro-inkt elkaar kruisen kunnen de elektronen van de bacteriën naar de geleidende grafeenlinten stromen. Zo kan de elektriciteit gemeten en (in de toekomst) gebruikt worden.

Bionische champignon met een elektrisch netwerkje (vertakte patroon) en cyanobacteriën (spiraalpatroon) op de hoed geprint produceert bio- elektriciteit. Bron: American Chemical Society
Bionische champignon met een elektrisch netwerkje (vertakte patroon) en cyanobacteriën (spiraalpatroon) op de hoed geprint produceert bio- elektriciteit. Bron: American Chemical Society

In hun onderzoek toonden de wetenschappers ook het belang van de champignon aan. Daarvoor maten ze de stroom die de bacteriën opwekken als ze (samen met de grafeenlinten) op een plastic paddenstoel geprint worden en vergeleken die met de bionische champignon. De bacteriën blijken acht keer meer stroom op te wekken als ze op een echte, levende champignon zitten.

Waarschijnlijk zal de bionische champignon voorlopig geen telefoons opladen en zelfs geen tuinlampje laten branden. Maar de ontwikkelde 3D-printtechniek kan wel gebruikt worden om cyanobacteriën voor andere toepassingen te printen, schrijven de onderzoekers.