Groenafval als basis voor rubber of verf
Je keyboard, je computermuis, het stuur van je wagen, de banden van je fiets ... Momenteel halen we de chemische grondstoffen voor al deze plastics uit aardolie en aardgas. Dat is niet hernieuwbaar en heeft een grote milieu-impact. Maar, er is een alternatief: wetenschappers ontdekten bacteriën die in staat zijn om afval om te zetten in nuttige, chemische bouwstenen. Een voorbeeld: biobutanol. Dat dient als basisproduct voor bijvoorbeeld rubber of verf.
De helden in dit verhaal zijn bacteriën van het geslacht Clostridium.[1] Die bacteriën eten de suikers aanwezig in het afval en maken ondertussen biobutanol. Als afvalbron kan zowat gebruikt worden. Mijn favoriet: het Schots bedrijf Celtic Renewables gebruikt organisch afval uit whiskystokerijen als voedingsbron.[2] Het afval wordt eerst voorbehandeld en gekookt om zoveel mogelijk suikers vrij te krijgen. Naast butanol worden ook twee nuttige bijproducten gemaakt: aceton en ethanol.
Na een tijdje stoppen die bacteriën er echter mee. Butanol is in hoge concentraties immers giftig voor onze bacteriën. Vergelijk het met het gisten van bier of wijn: ook daar stopt de gist op een gegeven moment met groeien, omdat de alcoholconcentraties te hoog worden.
Die groeistop is een groot probleem. Je wil immers zoveel mogelijk suikers uit het afval omzetten in butanol. Daarnaast moet het butanol uit het mengsel van afval en bacteriën gehaald worden, om het te kunnen gebruiken. Hoe lager de concentratie butanol, hoe moeilijker dit wordt. Vergelijk het met je auto terugvinden op een parkeergarage. Hoe meer andere auto's er in die garage staan, hoe moeilijker het wordt om die van jou terug te vinden.
Om meer suikers om te zetten in butanol, is er wel een trucje. De bacteriën en het afval zitten in een heel groot vat. Als je dit vat eerst maar voor een klein deel vult, kunnen de bacteriën de suikers in dit afval al voor een deel omzetten. Tot de hoeveelheid butanol te groot wordt. Vervolgens, voeg je een klein beetje nieuwe voeding toe. Het mengsel in het vat wordt verdund en dus ook het butanol. Op die manier kan je meer suikers omzetten, dan wanneer je het vat direct volledig zou vullen.
Behalve door te spelen met de manier waarop je afval voedt aan de bacteriën, kan je ook proberen om onze microbe resistenter te maken tegen het toxische butanol. Wetenschappers gebruiken hiervoor twee technieken. In een eerste methode breng je de bacteriën in contact met alsmaar hogere concentraties butanol. Op die manier doe je aan kunstmatige evolutie: de bacteriën die resistenter zijn worden geselecteerd en kunnen verder groeien. Een tweede methode bestaat er in op basis van nieuwe genetische technieken heel gericht het DNA aan te passen van de microben. Zo kan je zelf nieuwe microben maken die resistenter zijn, of die meer suikers omzetten.
Maar zelfs met zulke technieken zijn er limieten. Wetenschappers slagen er niet in om microben te maken die butanol in voldoende hoge concentraties tolereren.
Het zuiveren van butanol uit het mengsel van afval en bacteriën blijft daarom een grote uitdaging. Wil je hier meer over weten? Kijk gerust in de andere posts.
[1] Fun fact: andere soorten bacteriën van dit genus maken botox.