Onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) gebruiken E. coli-bacteriën om elektriciteit te produceren. Hun aanpak biedt een nieuwe oplossing voor de verwerking van organisch afval, overtreft eerdere geavanceerde technologieën en opent nieuwe perspectieven voor veelzijdige microbiële elektriciteitsproductie.
- Wetenschappers van de EPFL ontwikkelden E. coli-bacteriën om elektriciteit op te wekken.
- Hun pad leidde tot een drievoudige toename in het genereren van elektrische stroom.
- Deze aanpak zou zowel de behandeling van afvalwater als de productie van energie kunnen verstoren.
“We hebben E. coli-bacteriën, de meest bestudeerde microbe, zo ontworpen dat ze elektriciteit kunnen opwekken”, zegt professor Ardemis Boghossian van de EPFL. “Hoewel er exotische microben zijn die van nature elektriciteit produceren, kunnen ze dat alleen in aanwezigheid van specifieke chemicaliën. E. coli kan groeien op een breed scala aan bronnen, waardoor we elektriciteit konden produceren in een breed scala aan omgevingen, waaronder afvalwater.”
In een artikel dat is gepubliceerd in het tijdschrift Joule, rapporteert het team van Boghossian een baanbrekende prestatie op het gebied van bio-elektronica, waarbij de mogelijkheden van gewone E. coli-bacteriën om elektriciteit op te wekken zijn verbeterd. Het werk schetst een nieuwe benadering die een revolutie teweeg kan brengen in zowel afvalbeheer als energieproductie.
Elektrische microben
E. coli-bacteriën, een belangrijk onderdeel van biologisch onderzoek, zijn gebruikt om elektriciteit te maken via een proces dat bekend staat als extracellulaire elektronenoverdracht (EET). De EPFL-onderzoekers ontwikkelden E. coli-bacteriën zodanig dat ze verbeterde EET vertonen, waardoor ze zeer efficiënte “elektrische microben” werden. In tegenstelling tot eerdere methoden waarbij specifieke chemicaliën nodig waren voor het opwekken van elektriciteit, kan de bio-engineered E. coli elektriciteit produceren terwijl het organische substraten metaboliseert.
Afvalwater als speeltuin
De gemodificeerde E. coli vertoonde opmerkelijke prestaties in verschillende omgevingen, waaronder afvalwater van een brouwerij. Terwijl exotische elektrische microben haperden, gedijde de gemodificeerde E. coli, waarmee het potentieel voor afvalverwerking en energieproductie op grote schaal werd aangetoond.
“In plaats van energie in het systeem te stoppen om organisch afval te verwerken, produceren we elektriciteit terwijl we tegelijkertijd organisch afval verwerken – twee vliegen in één klap!” zegt Boghossian. “We hebben onze technologie zelfs direct getest op afvalwater dat we verzamelden bij Les Brasseurs, een lokale brouwerij in Lausanne. De exotische elektrische microben waren niet eens in staat om te overleven, terwijl onze bio-engineered elektrische bacteriën in staat waren om exponentieel te floreren door zich te voeden met dit afval.”
Meer implicaties
De implicaties van het onderzoek reiken verder dan afvalverwerking. Omdat de gemanipuleerde E. coli elektriciteit kan opwekken uit een groot aantal bronnen, kan hij worden gebruikt in microbiële brandstofcellen, elektrosynthese en biosensing – om maar een paar toepassingen te noemen. Daarnaast betekent de genetische flexibiliteit van de bacterie dat deze kan worden aangepast aan specifieke omgevingen en grondstoffen, waardoor het een veelzijdig hulpmiddel wordt voor de ontwikkeling van duurzame technologie.
“Ons werk komt precies op het juiste moment, aangezien gemanipuleerde bio-elektrische microben de grenzen verleggen in steeds meer echte toepassingen,” zegt Mohammed Mouhib, hoofdauteur van het onderzoek. “We hebben een nieuw record gevestigd in vergelijking met de vorige stand van de techniek, die slechts gebaseerd was op een gedeeltelijke route, en in vergelijking met de microbe die gebruikt is in een van de grootste artikelen die onlangs op dit gebied zijn gepubliceerd. Met alle huidige onderzoeksinspanningen op dit gebied zijn we enthousiast over de toekomst van bio-elektrische bacteriën en we kunnen niet wachten tot wij en anderen deze technologie naar nieuwe schalen kunnen brengen.
