Nederlands onderzoek behoort tot de wereldtop. En daarom laat KIJK-redacteur Laurien Onderwater je in deze rubriek elke maand kennismaken met een wetenschapper van eigen bodem. Deze keer: een gesprek met Laura van Niftrik, die raketbrandstof uit afvalwater wil maken.

Wie ben je?

“Ik ben Laura van Niftrik, 41 jaar en hoogleraar microbiologie aan de Radboud Universiteit. Mijn leerstoel is microbiële celbiologie en biochemie. Ik woon in Beuningen, vlakbij Nijmegen. Ik kan dus fietsend naar mijn werk en dat vind ik een heerlijke manier om mijn hoofd leeg te maken.”

Wat doe je?

“Mijn hoofdonderzoeksproject gaat over anammox-bacteriën (anammox staat voor ANaerobe AMMonium-OXidatie, red.). Dit zijn heel bijzondere micro-organismen, want ze kunnen giftige stikstofcomponenten, zoals ammonium en nitriet, omzetten in onschadelijk stikstofgas. En daar hebben ze geen zuurstof voor nodig. Uit die chemische reactie haalt de anammox-bacterie zijn energie. Sinds deze micro-organismen in de jaren negentig zijn ontdekt, worden ze toegepast in de afvalwaterzuivering, waar ze dezelfde truc toepassen. Deze methode is een stuk efficiënter en goedkoper dan de oude, waarbij alle ammonium eerst nog met zuurstof moest worden omgezet in nitraat. De bacteriën zijn dan ook erg populair onder ingenieurs, maar ik ben celbioloog en daarom erg geïnteresseerd in hoe ze op celniveau werken. Anammox-bacteriën zien er bijvoorbeeld heel vreemd uit. Ze hebben een organel (een soort orgaan van de cel, red.), en dat kan eigenlijk niet. De biologielessen leren ons namelijk dat eukaryoten, de organismen met een celkern, organellen hebben. Bacteriën behoren tot een heel andere familietak dan eukaryoten en hebben die celorgaantjes niet. Maar de anammox-bacterie bezit wel een organel en daarin vindt de omzetting van stikstofcomponenten plaats. Die chemische reactie kent allemaal tussenstappen en -producten. Een van die tussenproducten is hydrazine, dat onder andere als raketbrandstof wordt gebruikt. Alleen houdt hij die hydrazine niet zelf, maar zet het weer om in stikstofgas. Daarom dacht ik: wat nou als we de reactie kunnen stopzetten bij hydrazine? Dan zetten we dus eigenlijk een afvalproduct om in een kostbare stof.”

Hoe doe je dat?

“Door de enzymen, de eiwitten die de anammox-reactie in gang zetten, uit de cel van de bacterie te halen en in een andere omgeving ammonium en nitriet om te laten zetten in hydrazine. Dit laatste proberen we via twee routes. De eerste is dat ik die enzymen van de anammox-bacterie in een gastheer stop, zodat die ook hydrazine gaat maken. Anammox-bacteriën groeien namelijk heel langzaam, dus als andere micro-organismen – E. coli-bacteriën bijvoorbeeld – hetzelfde trucje kunnen, is dat handig. We weten alleen nog niet of de gastheerbacteriën doodgaan van de toxische hydrazine. De andere route is om die enzymen uit de anammox-bacterie te halen en ze in een reageerbuisje met ammonium en nitriet te stoppen. Als dit goed werkt is dat makkelijker toe te passen dan gastheerbacteriën.”

Waarom doe je dit?

“Ik vind het vooral heel interessant om te onderzoeken hoe dit micro-organisme gedijt. Werkelijk alles wat we ontdekken over de anammox-bacterie is anders dan bekend was over andere bacteriën. De enzymen die hij gebruikt om de reactie uit te kunnen voeren, zijn eveneens uniek. Dat prikkelt mijn nieuwsgierigheid. Waarom heeft de anammox-bacterie dat orgaantje? Waarom voert hij een reactie uit die geen enkele andere bacterie kan verwezenlijken? Waarom gebruikt hij daar enzymen voor die wij helemaal niet kennen? Ik wil dus eigenlijk heel fundamentele vragen beantwoorden. Daarnaast vind` ik het heel belangrijk dat mijn onderzoek tot iets nuttigs voor de maatschappij leidt. Milieuvervuiling gaat mij erg aan het hart. Als we iets kunnen verzinnen om de giftige stikstofuitstoot te verlagen, ben ik blij. Het lijkt me zo leuk om een vervuilend product te veranderen in iets wat je ook nog kunt gebruiken. En dat past ook weer heel erg bij de huidige ideeën van een circulaire economie.”

Waar lopen jullie nog tegenaan?

“De uitdaging zit hem nu in de beste manier vinden om die enzymen hydrazine te laten maken; doen we dat via een gastheer of buiten een bacterie om in een reageerbuisje? Dat moeten we echt nog goed uitzoeken. Verder zien we dat, zodra we die enzymen uit de anammoxbacterie halen, de eiwitten veel minder actief zijn. Er is dus iets in dat celorgaan waardoor ze beter werken. Als we dat eenmaal weten, kunnen we ze buiten de bacterie ook actiever maken.”

Wat hebben wij aan deze studie?

“Nu al hebben we veel profijt van de anammox-bacterie, omdat hij zuivert wat jij door de wc spoelt. En als het lukt om met dit micro-organisme hydrazine te maken, een interessant product voor in ieder geval een deel van de maatschappij, is dat erg nuttig. Hydrazine is chemisch gezien moeilijk te fabriceren en het proces verbruikt veel energie. Nu moet ik wel toegeven dat ons proces om raketbrandstof te produceren waarschijnlijk niet goedkoper zal zijn. Ik weet nog niet hoe duur het wordt. Dat kan pas als we de chemische reactie echt hebben nagebootst in het lab. Maar wat je ziet, is een grote omslag in het denken van samenlevingen: we moeten niet voor de goedkoopste, maar de duurzaamste oplossing gaan. En onze techniek is volledig groen.”

Deze aflevering van Onderwater Ondervraagt staat ook in KIJK 9/2021, hier te koop.

Meer informatie:

• Radboud Universiteit: Elektriciteit opwekken uit afvalwater is mogelijk met anammox-bacteriën
• Filmpje: zoveel brandstof slurpen deze draagraketten
• NEMO Kennislink: Bacteriehuwelijk doet ammonium verdwijnen

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!