Al heel vaak – en ook in dit geval geef ik geen garantie – is dé doorbraak aangekondigd bij de productie van biobrandstoffen. Biobrandstoffen worden gezien als ‘groen’ alternatief voor fossiele brandstoffen, maar de huidige productiewijze van biobrandstoffen concurreert met de voedselproductie. Dé oplossing zou natuurlijk zijn om biobrandstoffen te maken uit landbouwafval: overschietende biomassa. Tot nu toe is het niet erg goed gelukt, omdat die resten veel houtachtige stoffen bevatten als cellulose en lignine die zich lastig met behulp van bacteriën laten omzetten tot biobrandstoffen, op een wijze die niet vreet aan de voedselvoorziening. Onderzoekers van de Amerikaanse universiteit van Michigan zijn op het idee gekomen bacteriën en schimmels te laten samenwerken om biobrandstoffen te maken, met, volgens bild der wissenschaft verbazingwekkend (goed) resultaat.
“De biosynthese van brandstoffen uit biomassa is een veelbelovend en duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen”, stelt onderzoeker Jeremy Minty. “Het probleem is alleen dat die plantenresten veel lignocellulose bevatten, die de planten hard en robuust maakt, maar ook de afbraak bemoeilijkt.” Voor de afbraak van de vertakte lignocellusosemoleculen is een keten van reacties nodig om ze om te zetten in suikers, die op hun beurt weer makkelijk zijn om te zetten in ethanol of andere energierijke verbindingen. Tot nu toe is steeds geprobeerd die omzetting door een, genetisch gemodificeerde, bacterie te laten doen, maar met beperkt succes, zo stelt Minty. Hij heeft toen met zijn medewerkers de kaarten op samenwerking gezet.
Ze ontwikkelden een systeem bestaand uit een schimmel (Trichoderma reesei) en de E. coli, het erkende werkpaard van de biotechnologie. De schimmel zorgt van de afbraak van de lignocelluloseketens in suikers. De E. coli neemt de stap van suikers naar biobrandstof voor zijn rekening. Er bestond al een genetisch gemanipuleerde E. coli-stam, die uit de suikers isobutanol maakt. Die verbinding levert bij verbranding veel meer energie dan ethanol en maar 18% minder dan benzine en is daarmee een effectievere brandstof dan ethanol (je rijdt verder op een volle tank isobutanol dan op dezelfde tank vol met ethanol)
Deze oefeningen in het lab zijn altijd leuk en veelbelovend, maar waar het uiteindelijk om gaat is dat het proces ook op grote schaal werkt en voldoende oplevert (in termen van product, maar uiteindelijk ook in termen van geld). De onderzoekers vulden een reactor met schimmel en bacteriën en voegden maïsstengels en -bladeren toe (zie afb.). Zonder toevoeging van andere stoffen leverde de proef 1,88 g isobutanol per liter reactorvloeistof op, volgens de onderzoekers de tot nu toe hoogste opbrengst bij de omzetting van plantenresten in biobrandstoffen. Samen zetten schimmel en bacterie tweederde van het plantaardig materiaal om in winbare energie. Doordat isobutanol prima met water mengt moet de brandstof wel eerst uit de reactievloeistof worden gedestilleerd.
Schimmel en bacterie bleken elkaar niet in de weg te zitten. Geen van beide micro-organismen nam de overhand of stoorde de ‘partner’ in de omzetting, terwijl de samenwerking toch tamelijk ongelijkwaardig is. De schimmel levert de bacterie zijn voedsel (de suikers), maar geeft daar niks voor terug. Dat zou normaal gesproken betekenen dat de bacterie de schimmel rap zou overvleugelen, maar dat voorkomt de schimmel door de suiker alleen vlak bij de eigen celwand af te leveren, zodat de schimmel zelf ook voldoende aan zijn trekken komt. Dat leidt tot een stabiel evenwicht, stellen de onderzoekers. Doordat de hele afbraak en omzetting in biobrandstof in een reactor plaatsvindt, wordt het proces ook economisch aantrekkelijk.
De onderzoekers werken nu een een verbetering van de opbrengst van de microbiële samenwerking. Dat willen ze, onder meer, bewerkstelligen door de tolerantie van de micro-organismen voor isobutanol (voor de E. coli tenslotte een afbraakproduct) te vergroten. Door een anders ‘gedresseerde’ E. coli te nemen, zijn met dit systeem ook andere biobrandstoffen zoals ethanol te produceren.
Bron: bild der wissenschaft