Bacteriën die ons afvalwater zuiveren, kunnen in één moeite door elektriciteit opwekken. Dat ontdekte microbioloog Mike Jetten van de Radboud Universiteit met zijn collega’s. Zijn waterzuiveringsinstallaties de duurzame energiecentrales waar de maatschappij naar snakt?

Eerst even de basis: hoe kunnen bacteriën afvalwater zuiveren?

‘Het gaat om speciale bacteriën, zogeheten anammox-bacteriën. Dit type bacterie zet het schadelijke ammonium in afvalwater om in stikstofgas. Ammonium is giftig voor waterdieren. Stikstofgas is onschadelijk – de atmosfeer zit er vol mee.

Mike Jetten is hoogleraar Ecologische Microbiologie aan de Radboud Universiteit in Nijmegen. Hij publiceerde het onderzoek naar de energieopwekkende bacteriën met collega’s uit de Verenigde Staten en Saudi-Arabië in Nature Communications.

De anammox-bacterie heeft weinig zuurstof nodig voor deze omzetting. Dat is bijzonder, want meestal wordt ammonium uit afvalwater gehaald door er juist veel zuurstof in te blazen. Dat gebeurt met grote compressoren die veel elektriciteit vreten. Door de anammox-bacterie in te zetten, is er minder zuurstof en dus minder energie nodig.’

De tijd zal het ­leren
LEES OOK
De tijd zal het ­leren

Bestaan er al centrales waarin bacteriën het water zuiveren?

‘Jazeker. In Nederland gebruiken nu zo’n twintig installaties dit proces. De enige reden dat dat getal niet hoger is, is dat we wachten op het moment dat oude zuiveringen worden afgeschreven – na zo’n veertig jaar. Dan kun je er een nieuwe centrale met anammox-bacteriën voor in de plaats zetten.’

Jullie zagen dat deze bacteriën in één moeite door elektriciteit kunnen opwekken. Hoe?

‘Gewoonlijk breekt de bacterie ammonium af tot een stikstofatoom en elektronen. Die elektronen combineert de bacterie vervolgens met nitriet, zodat stikstofgas ontstaat. We ontdekten dat als je de hoeveelheid nitriet in het water vermindert, de bacterie al snel met een overschot aan elektronen zit. We boden de bacterie vervolgens een elektrode aan: een stuk metaal waar ze die overtollige elektronen kwijt kan. De bacterie plakt dan vast aan de elektrode en kan zo doorgaan met ammonium eten, terwijl de elektrode de rest-elektronen afvoert. Vanuit de elektrode loopt dan een stroompje.’

De anammox-bacteriën voeren hun overtollige elektronen af via elektroden. Beeld: David Shaw

Blijft de bacterie even effectief het water zuiveren wanneer die ook elektriciteit moet opwekken?

‘Als de bacterie ammonium omzet in losse elektronen, in plaats van in stikstofgas, dan gaat het proces vijf keer langzamer. Maar dat is niet erg. Je moet dan gewoon een grotere tank met méér bacteriën gebruiken om voor het tragere tempo te compenseren. Dat is een eenmalige investering, maar als je eenmaal een grote installatie hebt, is het geen probleem meer.’

Dus het is mogelijk om dit op grote schaal te realiseren?

‘Ja. De beperkende factor is nu nog de metalen elektrode. 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.’

Gaan zuiveringscentrales dan de stroom van onze huishoudens opwekken?

‘Dat doen ze al. De zuiveringscentrales produceren nu biomassa van bacteriën. Die dikken ze in en zetten ze om tot biogas. Dat wordt vervolgens gebruikt om elektriciteit op te wekken. Veel centrales leveren nu al meer energie op dan ze verbruiken. Dit nieuwe proces zou nog een extra portie energie leveren. De twee manieren van energie opwekken kunnen namelijk parallel gebruikt worden.’

Wanneer is dat zover?

‘Er is nog veel onderzoek nodig om het proces te optimaliseren. Vooralsnog voorzie ik vooral dat het op een lokaal niveau gebruikt zal worden. Denk aan landen waar mensen ver van elkaar wonen. Als in een afgelegen dorp ter plekke water gezuiverd wordt, kan die zuiveringscentrale direct de energievoorziening verzorgen.’