'Getrainde' bacterie zet broeikasgas om in veel schone brandstof

Een cyanobacterie uit de Mexicaanse Golf legt koolstofdioxide vast en produceert tegelijkertijd waterstof. Met andere woorden, het organisme zet broeikasgas om in schone brandstof. Door de bacterie Cyanothece ATCC 51142 in het laboratorium te ‘trainen’, konden Amerikaanse onderzoekers onder leiding van Himadri Pakrasi van de Washington University in St. Louis dit eencellige organisme met behulp van zonne-energie tien keer zoveel waterstof laten produceren als andere soorten bacteriën (Nature Communications, 14 december).

Cyanobacteriën, ook wel blauwalgen genoemd, doen overdag aan fotosynthese en leggen dan koolstofdioxide vast in suikers terwijl er zuurstof vrijkomt. Sommige cyanobacteriën kunnen bovendien ook stikstof uit de lucht vastleggen. Bij deze reactie ontstaat waterstof.

De stikstof-waterstofreactie is echter zeer gevoelig voor zuurstof. De meeste tot dusver bestudeerde micro-organismen die waterstof kunnen produceren doen dat alleen onder strikt zuurstofloze omstandigheden of in het donker. Immers in het licht produceert de fotosynthese zuurstof.

Cyanothece-bacteriën produceren van nature overdag zuurstof en ’s nachts waterstof. Maar de Amerikanen kregen de bacterie zover dat hij in het volle daglicht zowel zuurstof als waterstof produceert.

Daartoe lieten zij de bacteriën in het laboratorium eerst wennen aan een strak regime van 12 uur donker, 12 uur licht. Vervolgens brachten zij de bacteriën aan het eind van de lichtperiode over naar een luchtdichte fles terwijl ze die 12 uur lang in het volle licht lieten staan. Daarna mocht de fles weer gewoon in contact met de lucht komen.

Tot verbazing van de onderzoekers was de waterstofproductie van deze ‘getrainde’ cyanobacteriën in het licht meer dan 100 maal hoger dan de gewone waterstofproductie in het donker. Kennelijk weet de bacterie de zonne-energie direct aan te wenden voor de waterstofproductie. Hoe, is onduidelijk.

De waterstofproductie kon nog verder opgevoerd worden door de bacteriën te verwennen met extra koolstofdioxide of vooral glycerol. Met die stof toegevoegd liep de waterstofproductie op tot 900 milliliter per liter bacteriecultuur in twee dagen.

De extra koolstof die de bacteriën als glycerol aangeboden krijgen, functioneert volgens de onderzoekers als een signaal voor de cel om ook de productie van stikstofverbindingen op te schroeven, waardoor de bacterie optimaal kan groeien. Als bijproduct komt dan ook extra waterstof vrij.

Cyanothece laat zich dus voeren met ‘industriële afvalproducten’ , schrijven de onderzoekers, en vormt daarmee ‘een aantrekkelijke optie’ voor de productie van biowaterstof.

Sander Voormolen