-
1. Wat kun je met een microbiële brandstofcel?
-
De microbiële brandstofcel is een nieuwe technologie waarmee elektriciteit wordt opgewekt uit het afbreken van organische verbindingen. Organische verbindingen zijn o.a. suikers, vetten en eiwitten. Deze verbindingen bevatten nog veel energie, die vrijkomt door deze stoffen steeds verder af te breken naar uiteindelijk CO2. In afvalwater komen nog veel organische verbindingen voor. Een microbiële brandstofcel kan dus gebruikt worden om elektriciteit te creëren uit afvalwater.
-
2. Kunnen bacteriën elektriciteit maken uit afvalwater?
-
Ja, als je een elektrode in afvalwater stopt, gaan er vanzelf bacteriën op de elektrode groeien. Die bacteriën kunnen de organische verbindingen in afvalwater omzetten in elektriciteit. Hierbij worden de organische verbindingen uit het afvalwater verwijderd en wordt het afvalwater gezuiverd.
-
3. Wat heb je nodig voor een microbiële brandstofcel?
-
Een microbiële brandstofcel omvat twee zaken: elektroden en bacteriën. Om een elektrische stroom te laten lopen, zijn er twee elektroden nodig. De ene elektrode wordt in het afvalwater gehangen, de andere elektrode heeft een zuurstofrijke omgeving nodig. De bacteriën die nodig zijn om de organische verbindingen in het afvalwater om te zetten in elektriciteit, bevinden zich al in het afvalwater. Het enige wat nog moet gebeuren, is de twee elektrodes via een geleidende draad met elkaar verbinden, via een weerstandje (bijvoorbeeld een lampje). Er zal dan na enige tijd een elektrische stroom gaan lopen.
-
4. Hoe werkt de microbiële brandstofcel precies?
-
Zoals de naam al aangeeft, gaat het om een soort brandstofcel waarbij micro-organismen (zoals bacteriën) betrokken zijn. In een brandstofcel wordt gewoonlijk aan de ene elektrode (anode) waterstofgas geoxideerd (met zuurstof verbonden), en wordt aan de tweede elektrode (kathode) zuurstof gereduceerd. Dit levert een spanning van iets meer dan 1V op.
Een microbiële brandstofcel werkt volgens hetzelfde principe, maar nu wordt aan de anode geen waterstofgas maar organisch materiaal geoxideerd. Dit organisch materiaal wordt alleen geoxideerd aan de anode als bacteriën aanwezig zijn. De bacteriën zetten het organisch materiaal aan de anode om in CO2, protonen en elektronen. De elektronen gaan via het elektrische circuit naar de kathode (dus er gaat een stroom lopen), waar zuurstof, elektronen en protonen samen water vormen. Hierbij kan maximaal 1V spanning geproduceerd worden. De anode kan van de kathode gescheiden worden door een membraan, waardoor er geen zuurstof in de anode terecht komt. Dit is beter, omdat het proces minder goed verloopt als er zuurstof in de anode komt.
-
5. Aan de anode wordt CO2 gevormd. Is dit dan wel duurzaam?
-
De microbiële brandstofcel is een CO2-neutrale technologie. De CO2 die gevormd wordt, is niet afkomstig van fossiele brandstoffen maar is afkomstig van recent vastgelegde CO2 in planten. Omdat daarnaast elektriciteit geproduceerd wordt, is de microbiële brandstofcel een zeer duurzame technologie. De micro-organismen zelf, die deze reactie mogelijk maken, groeien en delen zich continu. Zolang je dus een organische bron toevoegt, zullen deze micro-organismen onuitputtelijk energie maken.
-
6. Is er nog een andere manier om energie uit afvalwater te halen?
-
Ja, bij anaerobe (zuurstofloze) vergisting wordt organisch materiaal in afvalwater onder zuurstofloze omstandigheden omgezet in methaangas. Dit methaangas wordt vervolgens in een verbrandingsmotor omgezet naar elektriciteit. Dit proces wordt al op grote schaal toegepast in de waterzuivering. Het nadeel van dit proces is dat veel energie verloren wordt in de verbrandingsmotor, waardoor er maar ongeveer 30% van de energie overblijft als elektriciteit. In een microbiële brandstofcel wordt het organische materiaal direct omgezet in elektriciteit, waardoor de efficiëntie een stuk hoger ligt, tot wel 65%.
-
7. Werkt dit proces alleen met afvalwater?
-
Nee, in principe werkt de microbiële brandstofcel met alle opgeloste organische stoffen. Er zijn daarom naast afvalwaterzuivering meer toepassingsgebieden voor de microbiële brandstofcel. Zo kan de microbiële brandstofcel ook in combinatie met planten gebruikt worden.
De plant legt CO2 vast via fotosynthese en maakt er organisch materiaal van. Een deel van dit organisch materiaal gebruikt de plant om te groeien echter een groot deel scheidt de plant ook weer uit via de wortels om voedingsstoffen te kunnen opnemen. Aan de wortels groeien van nature voorkomende bacteriën die het uitgescheiden organisch materiaal afbreken. Als je de plant nu in een microbiële brandstofcel plaatst, zullen de bacteriën deze organische materialen omzetten in elektriciteit. Hierbij kan de plant gewoon blijven leven, dus je hoeft hem niet te oogsten. Zo’n plant-microbiële brandstofcel zou je dan bijvoorbeeld op daken kunnen zetten om elektriciteit te leveren voor je huis.
Daarnaast kan de microbiële brandstofcel ook toegepast worden in sedimenten, bijvoorbeeld op de bodem van de zee, een meer of een sloot. Als je in het zuurstofloze sediment een elektrode plaatst, en de andere elektrode erboven in het zuurstofrijke water, zal er een stroom gaan lopen. Deze sediment-brandstofcel kan bijvoorbeeld gebruikt worden om kleine meetapparatuur van stroom te voorzien.
-
8. Kan ik zelf ook een microbiële brandstofcel maken?
-
Ja, dit kan. De hierboven genoemde sediment-microbiële brandstofcel kun je bijvoorbeeld in een sloot opbouwen. Een handleiding hiervoor is te verkrijgen bij Annemiek ter Heijne (Annemiek.terHeijne@wur.nl)
-
9. Op welke manier heeft elektriciteit opwekken uit afvalwater (d.m.v. microbiële brandstofcellen) toekomst?
-
Op dit moment gaat veel energie die nog aanwezig is in afvalwater verloren, omdat afvalwater niet als energiebron wordt gezien maar als restproduct dat gezuiverd moet worden voordat het geloosd mag worden. Omdat er in de toekomst steeds meer energie uit niet-fossiele bronnen nodig zal zijn en de CO2-uitstoot zo veel mogelijk verlaagd moet worden, is de microbiële brandstofcel een veelbelovende techniek om electriciteit te produceren.
-
10. Gaan we dan naar een centraal waterzuiveringssysteem of kleine systemen voor in huis?
-
Op dit moment is het nog niet duidelijk hoe de technologie precies toegepast gaat worden. Momenteel wordt onderzoek gedaan naar de eerste mogelijkheden om de microbiële brandstofcel op grotere schaal dan laboratoriumschaal in te zetten. Bij laboratoriumschaal moet je denken aan een microbiële brandstofcel met een inhoud van ongeveer 100 mililiter tot 1 liter, erg klein dus. Hiermee kun je net een LED-lampje laten branden.
In principe zou de microbiële brandstofcel zowel op grote schaal (centrale waterzuivering) als op huishoudelijk niveau toegepast kunnen worden. De plant-microbiële brandstofcel kan heel goed op huishoudelijk niveau gebruikt worden, bijvoorbeeld door deze op je dak te plaatsen. Daarmee zou je dan een deel van de elektriciteit die je in huis gebruikt kunnen opwekken.
-
11. Is er veel belangstelling (vanuit producenten, overheden) voor de ontwikkelingen op dit gebied?
-
Heel veel bedrijven en overheden zijn geïnteresseerd in de ontwikkelingen rondom duurzame elektriciteitsproductie. Groene energie is namelijk een hot item en veel bedrijven denken er over na hoe ze hun elektriciteitsverbruik duurzamer kunnen maken. Ook de overheid stimuleert duurzame energie productie en het gebruik ervan. Zo zijn er bijvoorbeeld subsidies voor zonnepanelen en groene daken (energiebesparing) en wie weet komt er in de toekomst ook wel een subsidie op microbiële branstofcellen.
-
12. Wat is de toekomst voor stroom uit levende planten?
-
Levende planten die elektriciteit maken kunnen in principe overal waar planten groeien gebruikt worden. Dat zou betekenen dat we een groot deel van de wereld van duurzame elektriciteit kunnen voorzien. Denk maar eens aan elektriciteitsproductie in je tuin of op je groene dak. Maar voordat het zover is, moet er eerst nog veel onderzoek gedaan worden om de technologie verder te ontwikkelen. Daar wordt de komende jaren hard aan gewerkt.