Waterstofgasproduktie door bacteriën

Waterstofgas (H2) wordt waarschijnlijk de energiedrager van de toekomst. Waterstofgas kan direct verbrand worden met zuurstof (O2) tot water (H2O) volgens de reactievergelijking:

Bij deze reactie komt veel energie vrij en er wordt geen CO2 (broeikasgas) gevormd. Een groot deel van de vrijgekomen energie, 50-60%, kan in brandstofcellen omgezet worden in bruikbare energie. Een aantal autofabrikanten heeft al motoren ontwikkeld op basis van zulke brandstofcellen. Waterstofgas is dan ook zeer geschikt als vervanger voor brandstoffen voor auto’s, schepen en misschien wel vliegtuigen. In de ruimtevaart is waterstofgas al lang een belangrijke energiedrager.

De toenemende belangstelling voor waterstof wordt geïllustreerd door een groot aantal productietechnieken die ontwikkeld worden: elektrolyse van water (omgekeerde van bovenstaande reactie o.i.v. elektrische energie) in fotovoltaïsche cellen ("zonnecellen"); electrolyse van water met behulp van windenergie; vergassing van biomassa; "steam reforming" van aardgas in combinatie met CO2 opslag; vergassing van aardgas in kool en waterstofgas ("Kvaerner proces"). De laatste twee processen zijn geen duurzame productiemethoden omdat ze afhankelijk zijn van de aardgasreserves.

In het onderzoek uitgevoerd in de Mariene Biotechnologie groep van de sectie Proceskunde onderzoeken we een andere, fotobiologische, productiemethode voor waterstofgas. We gebruiken een bacterie om azijn (CH3COOH) om te zetten in waterstofgas met behulp van lichtenergie volgens de reactievergelijking:

De bacterie die we gebruiken is een zogenaamde "paarse bacterie" en behoort tot het geslacht Rhodopseudomonas. De paarse kleur wordt veroorzaakt door de pigmenten die het licht invangen. Voor dit proces is het onder andere van belang voldoende azijn te produceren. Andere onderzoeksgroepen in Wageningen, Hongarije en Griekenland doen onderzoek naar de productie van azijn uit biomassa zoals suikerriet. Wij concentreren ons op de omzetting van azijn door Rhodopseudomonas. Wij zoeken de omstandigheden waarbij deze bacterie zoveel mogelijk lichtenergie opslaat in het geproduceerde waterstofgas. Met name het "lichtregime" waaraan de bacterie is blootgesteld beïnvloedt deze efficiëntie. We willen graag een zo hoog mogelijke efficiëntie omdat "licht" kostbaar is. Als je veel licht nodig hebt moet je kweeksystemen ontwikkelen met een groot lichtinvangend oppervlak en dat is kostbaar.

Een mogelijkheid is bijvoorbeeld om licht in te vangen met een lenzensysteem en dit via glasvezelkabels te verspreiden in een bioreactor, zie de figuren. Een bioreactor is niets anders dan een stalen vat waarin je omstandigheden zoals temperatuur menging, pH, zoutgehalte van je suspensie (= water + bacteriën) kunt beïnvloeden. In het geval van een lenzensysteem met glasvezelkabels kunnen we ook het lichtregime in de bioreactor beïnvloeden en we spreken daarom liever van een fotobioreactor.

Maar voorlopig zijn we nog niet zo ver. We zijn nog op labschaal bezig met kunstmatig licht.