De zes jaar geleden door Radboud-microbiologen ontdekte ‘Twentekanaalbacterie’ kan het broeikasgas methaan uit afvalwater halen. Dat maakt de bacterie een potentiële partner voor anammoxbacteriën in de strijd tegen stikstoflozing en de uitstoot van broeikasgas. 20 oktober promoveert Francisca Luesken aan de Radboud Universiteit op een voorstudie.

Tussen het ontdekken van een bacterie met bijzondere eigenschappen en het nuttig toepassen ervan kan wel 15 tot 20 jaar zitten. Kijk naar de anammoxbacterie, ontdekt in 1990: die wordt nu pas echt groots ingezet in China waar een installatie gebouwd wordt met de inhoud van drie Olympische zwembaden.
De zes jaar geleden ontdekte Twentekanaalbacterie zou kunnen helpen om naast stikstof ook het broeikasgas methaan uit afvalwater te krijgen. Dat bespaart geld, energie en vervuiling. Francisca Luesken deed belangrijke, verkennende onderzoeken om dat – misschien – mogelijk te maken. Deze week werd bekend dat de European Research Comittee (ERC) aan haar promotor Mike Jetten een speciale subsidie (proof of concept) verstrekt om te onderzoeken of de behaalde resultaten goed toegepast kunnen worden.

Broeikasgas vangen
Ons afvalwater is sterk verontreinigd met stikstofverbindingen. In de zoektocht naar goede en betaalbare methoden om die verontreiniging aan te pakken, is de anammoxbacterie een succesverhaal. De bacterie, die inmiddels wordt ingezet om grote hoeveelheden afvalwater te reinigen, leeft op stikstofverbindingen en stoot het onschadelijke stikstofgas uit.
Ook methaan is een probleem. In de waterzuivering wordt methaan in de gasfase deels al teruggewonnen en hergebruikt. Een deel van het methaan is echter opgelost in water en daarom niet makkelijk te ‘vangen’. Eenmaal in het oppervlaktewater komt dat methaan toch een keer in de lucht. Dat is onwenselijk omdat methaan een sterk broeikasgas is, twintig maal sterker dan CO2.
De Twentekanaalbacterie nu leeft op methaan en de stikstofverbinding nitriet, en is net als anammox een bacterie die leeft in zuurstofloze omstandigheden. De onderzoeksvraag van Luesken lag dan ook voor de hand: zouden de twee ‘Nijmeegse’ bacteriën samen aan de slag kunnen in de waterzuivering?

De bacteriën gelabeld met een fluorescente stof, M. oxyfera weergegeven in geel en de anammoxbacteriën in blauw

Twentekanaalbacterie
Om te beginnen was Luesken benieuwd of de Methylomirabilis oxyfera, de officiële naam van de Twentekanaalbacterie, ook in afvalwaterzuiveringsinstallaties voorkomt. ‘Als dat namelijk zo is, is het beter voor te stellen dat ze daar kunnen worden ingezet om stikstof en methaan op te eten.’
In de negen van de tien installaties trof ze de bacterie inderdaad aan. Uit die van Lieshout werd de bacterie ‘opgehoopt’: ze wist hem verder te kweken tot een onderzoekbare hoeveelheid. ‘Dat is de specialiteit van het Nijmeegse lab, om langzame groeiers te vermeerden. We geven ze precies het juiste eten en voldoende tijd om te groeien. Het is ook belangrijk dat we bioreactoren gebruiken en geen groeiplaten. Het is me uiteindelijk gelukt om een kweek te maken die voor 70-80 procent bestond uit M. oxyfera.’

Samen groeien
‘We ontdekten dat in de 20 procent andere bacteriën in mijn kweek ook een beetje anammox zat. Heel voorzichtig zijn we gaan ammonium gaan bijvoeren en al snel zagen we dat dat omgezet werd. Na een tijdje had ik een mengsel met daarin half anammox, half M. oxyfera bacteriën. In het lab kan het dus.’

	Het Nijmeegse lab, foto Dick van Aalst

Toen werd het spannend. Zouden anammox-bacteriën samen kunnen leven met M. oxyfera? In zekere zin zijn het namelijk voedselconcurrenten. Anammoxbacteriën gebruiken voor hun stofwisseling de stikstofverbindingen ammonium en nitriet, M. oxyfera methaan en ook nitriet.

Stap naar de praktijk
Kan het ook in de praktijk? Dat is de spannende vraag, die buiten Lueskens promotietraject valt: ‘Een belangrijke horde zal zijn om te kijken of deze combinatie van bacteriën er tegen kan als er een beetje zuurstof aan het water wordt toegevoegd. Dat is in de praktijk namelijk nodig om met andere bacteriën het nodige nitriet te maken uit ammonium. Dan heb je het al over een partnerschap met minimaal vier bacteriën, plus zuurstof. Echt spannend.’

Besparing ruimte, energie, kosten…
Als het lukt is dat goed nieuws. Niet alleen om het afvalwater schoner te krijgen, maar ook voor de kosten en milieubelasting van het zuiveren zelf. De bacteriën die voor conventionele waterzuivering worden gebruikt, produceren veel slib. Het opslaan, afvoeren en verwerken ervan vergt ruimte en energie.

Waterzuivering Lieshout, foto Rob Smit

Een ander voordeel is dat M. oxyfera en anammox niet hoeven worden bijgevoerd omdat zij hun energie halen uit de stoffen die al in het vieze water zitten. Ook kan er energie worden uitgespaard omdat er veel minder zuurstof door het water hoeft te worden gepompt.  Anammox en M. oxyfera zijn langzame groeiers die minder slib produceren. De huidige anammoxreactoren zijn al veel kleiner dan de traditionele installaties. De verwachting is dat M. oxyfera met dezelfde beperkte ruimte toekan.

Francisca Luesken (Elburg, 1982) heeft haar bachelor algemene chemie behaald in Deventer, gevolgd door een master medische biologie in Nijmegen. Haar promotieonderzoek, een gezamenlijk project met de Wageningen Universiteit, STW (Stichting Technologie Wetenschappen) en de Radboud Universiteit is uitgevoerd binnen de afdeling Microbiologie van het Institute for Water and Wetland Research aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

Applied aspects of nitrite-dependent methane oxidation 
Promotiedatum donderdag 20 oktober 2011, 13.00 uur. Radboud Universiteit Nijmegen.
Promotores prof. dr. ir. M.S.M. Jetten, prof. dr. ir. M. Strous; copromotor dr. H.J.M. Op den Camp