Microben zetten afvalwater om in duurzame waterstof

Organische vervuiling in afvalwater is voor ruim 90 procent om te zetten in waterstofgas (H2). Dat blijkt uit onderzoek waarop milieutechnoloog René Rozendal woensdag cum laude is gepromoveerd aan de universiteit van Wageningen.

Het onderzoek is belangrijk, omdat het zicht biedt op duurzame productie van waterstof. De vervanging van benzine- of dieselmotoren door brandstofcellen die waterstof verbruiken, biedt milieuvoordelen, omdat brandstofcellen geen koolstofdioxide (CO2) uitstoten, maar waterdamp. Bij productie van waterstof uit kolen of methaan komt echter veel CO2 vrij. Bij de winning van waterstof uit afvalwater is dat niet het geval.

Voor de omzetting gebruikte Rozendal uitzonderlijke microben zoals Geobacter sulfurreducens die elektronen kunnen doorgeven door de celwand. Zij kunnen daardoor leven op mineralen als ijzeroxide en mangaanoxide. Die zijn slecht oplosbaar en dus niet als ionen beschikbaar.

Eerder is geëxperimenteerd met waterstofproductie uit afvalwater (dark fermentation), maar zonder veel succes. De microben konden in het donker alleen suikerhoudende componenten in waterstof omzetten. Slechts 15 procent van de organische vervuiling werd daarbij omgezet. Met de speciale ‘elektrochemisch actieve’ microben en door de toepassing van een klein spanningsverschil is het volgens Rozendal mogelijk om ruim 90 procent van de organische vervuiling in het afvalwater te gebruiken.

De doorgeeftruc met het elektron maakt dat de microben ook kunnen groeien op een vaste elektrode. In het afvalverwerkingsysteem van Rozendal kunnen de microben de elektrode gebruiken om elektronen af te geven die vrijkomen bij de oxidatie van opgelost organisch afval. Bij een tweede elektrode combineren deze elektronen met protonen (H+) tot waterstofgas.

Rozendal heeft in zijn experimenten acetaat gebruikt, een stof die microben in het donker niet afbreken. Bij een spanning van 0,5 volt bleek het mogelijk om dagelijks 0,3 kuub waterstofgas te produceren per kuub reactorinhoud.

Rozendal, die met zijn promotor Cees Buisman octrooi heeft verkregen op deze zogeheten biogekatalyeerde elektrolyse, ziet mogelijkheden voor een versnelling tot een dagelijkse waterstofproductie tot 10m3 H2 per m3 reactorvat bij een elektriciteitsverbruik dat minder dan eenvierde bedraagt van wat nu nodig is voor de elektrolyse van water. Dat is de technologie waarbij schoon water met een elektrische stroom wordt omgezet naar zuurstof en waterstofgas.

Michiel van Nieuwstadt