Blauwalg als zegen: UvA'ers laten de bacteriën bioplastic maken
Ze vonden ongeveer drie biljoen jaar geleden fotosynthese uit, voorzien de aarde van zuurstof en in de toekomst worden ze wellicht nog belangrijker: de blauwalgen. UvA’ers verkennen de mogelijkheden. ‘Met blauwalg produceren wij grondstoffen voor onder andere bioplastics en duurzame, schone energie.’
Naarmate de temperatuur stijgt groeit het aantal krantenkoppen dat ons waarschuwt voor de gevaren van blauwalg: giftig zwemwater, dode dieren en zieke mensen. Het zijn de associaties die de meeste mensen bij blauwalg hebben, maar blauwalg staat ook wel bekend als cyanobacterie en omvat alle bacteriën die kunnen groeien als plant.
Klaas Hellingwerf, hoogleraar algemene microbiologie aan de UvA: ‘Slechts een klein deel van hen maakt giftige stoffen. Helaas is dat wel waar mensen blauwalgen het meest mee associëren.’ Hellingwerf is medeoprichter van Photanol. Bij Photanol gebruiken UvA-wetenschappers de cyanobacterie om duurzame grondstoffen zoals melkzuur en biobrandstoffen zoals ethanol te produceren. Hoe? Ze benutten het fotosynthetische vermogen van de bacterie, die net als planten, CO2 inademen, zonlicht opnemen, en zuurstof uitademen.
(Lees door onder de foto)
Microboerderij
Photanol huist in gebouw 406 van het Sciencepark en is een soort microboerderij waar je geen koeien of suikerbiet vindt, maar een bijzonder soort blauwalg. Ross Gordon, een medewerker van het bedrijf, wijst met zijn vinger naar een petrischaaltje dat hij in zijn hand klemt. ‘Deze groene veeg hier, dat zijn de cyanobacteriën die wij gebruiken.’
Het zijn niet dezelfde bacteriën als die wij in vijvers vinden. ‘Daar vind je wel duizenden wilde soorten. Wij gebruiken de bacteriesoort synechocystis, een zogenoemde bacterie-lab-rat die niet giftig en goed onderzocht is. Het is alsof wij zijn begonnen met een wolf waarmee andere mensen 20 jaar gespeeld hebben. Wij proberen daar een tamme hond van te maken die we bepaalde kunstjes aanleren.’
‘Om producten van cyanobacteriën te maken, gebruiken wij speciaal voor dit doel genetisch aangepaste stammen,’ vertelt Hellingwerf. En door de bacteriesoort te updaten met genetische manipulatie kunnen ze bijna iedere chemische stof maken waarvoor je hen modificeert.
Efficiënt fabriekje
Als een fabriekje kunnen de bacteriën organische bestandsdelen voor medicijnen produceren zoals insuline, maar ook stofjes waaruit kweekvlees en bioplastics bestaan. En dit doen ze 25 keer zo efficiënt als de reguliere landbouw. ‘De standaardboerderij heeft veel zonlicht, land en heel veel water nodig. Cyanobacteriën hebben infraroodlicht nodig en dat kunnen wij kunstmatig opwekken.’ Ook ’s avonds zijn ze dus aan het produceren. En: ‘Het houden van reactoren met bacteriën die biochemicaliën produceren kost veel minder water en land dan de productie van bijvoorbeeld suikerbiet,’ vertelt Hellingwerf.
Microrecycling
Voorzichtig tilt Gordon een gordijntje omhoog. Vijftig tinten groen schitteren in een set van zeven borrelende flessen. ‘Er zitten honderden miljoenen cyanobacteriën in één zo’n glas.’ In ieder flesje experimenteren de wetenschappers met een bepaalde dosis voedingsstoffen. ‘Hoe donkerder het groen, hoe gezonder de bacteriën zijn,’ en alleen de beste bacteriën gaan door naar de volgende ronde.
Gordon meent dat cyanobacteriën de belangrijkste organismen zijn in de circulatie van koolstof op de aarde. ‘Cyanobacteriën fungeren als een soort microregenwoud, ze kunnen het overschot aan CO2-uitstoot filteren door het vast te leggen en kunnen zo de atmosfeer weer in balans brengen. Dat oceanen CO2 opnemen, komt voor een groot deel door de cyanobacteriën.’
De wetenschappers op het Science Park laten de blauwgroenige micro-organismen van de CO2-moleculen die zij uit de lucht plukken een verscheidenheid aan stoffen maken. Eén voorbeeld is melkzuur, een grondstof voor bioplastic waar je een herbruikbaar yoghurtbakje van kunt maken. Beland het bakje toch in de natuur? Dan breken andere organismen het af. En als je het verbrandt dan komt de CO2 weer terug in de lucht en kunnen de cyanobacteriën er weer een ander product van maken. ‘De cyanobacteriën doen aan microrecyling en toveren overtollig CO2 om tot biogrondstoffen en duurzame energie.’
De bacterie kan bovendien vanuit licht en CO2 een organische stof genaamd pyruvaat maken, dat is een essentieel molecuul dat omgezet kan worden tot vele stoffen, waaronder ethanol. Dat is de wetenschappelijke naam van alcohol en bovendien een duurzame brandstof die geen CO2-uitstoot levert. Hellingwerf: ‘In een circulaire economie biedt dit mogelijk een schoner alternatief voor fossiele brandstoffen.’
Zuurstofuitstoot
De cyanobacterie ademt een bijzonder soort afvalproduct uit: zuurstof. Fundamenteel voor het leven, maar in pure vorm erg giftig. Zo ging een blauwalgbloei zo’n drie biljoen jaar geleden gepaard met de eerste massaextinctie, veroorzaakt door een overschot aan zuurstof. Een zorg voor de toekomst? Volgens Gordon niet: ‘Als we deze methode massaal gaan toepassen geloof ik niet dat wij zoveel zuurstof uitstoten dat we met de zuurstofverhouding knoeien.’
