Waterstofgas omzetten in elektriciteit, ga er maar aan staan. Toch lukt het bepaalde bodembacteriën zonder veel moeite. Het enzym Huc blijkt hun grootste troef.
Het is Australische wetenschappers gelukt om geconcentreerde Huc uit de bacterie, de Mycobacterium smegmatis, te halen. Deze ‘natuurlijke batterij’ is verrassend stabiel en kan temperaturen van -80 tot +80 graden Celsius aan, zonder zijn werking te verliezen of uit elkaar te vallen. Het enzym kan worden gebruikt in allerlei huis-, tuin- en keukenapparatuur en zelfs in elektromotoren als alternatief voor een chemische batterij, zonnecellen of fossiele brandstof.
De kracht van Huc
Microbioloog Ashleigh Kropp van de Monash University legt in gesprek met Scientias.nl uit hoe ze tot de ontdekking is gekomen: “Eerst hebben we de bodembacteriën in het lab aan laten groeien tot een flinke hoeveelheid. Daarna hebben we het speciale enzym Huc, dat het waterstofgas uit de lucht omzet in elektriciteit, eruit gehaald. Het is eenvoudiger om de pure Huc te gebruiken dan de levende bacteriën. De Huc plaatsten we daarna in een klein elektrisch circuit, zodat het mogelijk was om de uit waterstof gegenereerde elektronen in te zetten om stroom op te wekken en door het elektrische circuit te laten stromen.”
Kropp is erg enthousiast over het potentieel van het bijzondere enzym. “Huc kan elektriciteit produceren om kleine apparaten aan te sturen, als alternatief voor een batterij. Als we Huc toevoegen aan een apparaat en laten reageren met geconcentreerde waterstof, bijvoorbeeld in een brandstofcel, dan zal hij nog meer stroom kunnen opwekken. Op deze manier kunnen grotere apparaten van energie worden voorzien.”
Nieuwe energiebron
De wetenschappers hebben grote plannen met Huc. “Het is ons doel om het enzym Huc te gebruiken om energie op te wekken”, vertelt de onderzoeker. “Op dit moment produceren we milligrammen Huc in het lab. We willen dit in de nabije toekomst opschalen tot grammen of kilogrammen en het enzym gebruiken om kleine apparaten aan te drijven die normaal gesproken op batterijen lopen. Je moet dan denken aan klokken, horloges, smartwatches, draagbare medische apparatuur, sensoren of een simpel computercircuit. Huc is een duurzaam alternatief voor een batterij of zonnecellen. Dit is onze toekomstvisie voor het gebruik van Huc. We zijn nog niet zover. We zitten nu in de proof-of-concept-fase. We hebben laten zien dat we het enzym kunnen isoleren uit de bacterie en aangetoond waar Huc toe in staat is.”
Onbegrijpelijk effectief
Zelf begrijpen de onderzoekers ook nog niet helemaal waarom Huc zo goed werkt. “We zijn nog aan het onderzoeken hoe het komt dat Huc zo stabiel en efficiënt is, dat het waterstof uit de lucht kan halen. Het lijkt erop dat het een uitzonderlijk effectieve overlevingsstrategie is van deze specifieke bodembacterie”, verklaart Kropp. “Wat de stof bijzonder maakt, is dat hij ook werkt in een zuurstofrijke omgeving. De lucht die wij inademen bevat zo’n 21 procent zuurstof en dat werkt een enzym zoals Huc normaal gesproken flink tegen. Maar Huc heeft speciale aanpassingen, waardoor hij ondanks de zuurstofrijke lucht zijn energie uit waterstofgas kan halen.”
Dat is in eerste instantie natuurlijk vooral nuttig voor de bacteriën. “Bodembacteriën hebben vaak te weinig voedingsstoffen om te overleven, omdat ze het eten dat er is met andere micro-organismen moeten delen. Er zijn daarom veel bacteriën die kunnen overschakelen op een soort slaapstand als er weinig voedsel beschikbaar is. Onze bacterie doet iets anders: hij gebruikt het Huc-enzym om energie op te wekken uit het in de lucht aanwezige waterstofgas. Ook al is de concentratie erg laag (0,00005%), het is altijd aanwezig en het is voldoende voor de bacterie om te overleven.”
Ook bij kou en hitte
Dat het Huc-enzym ook geïsoleerd zo goed zou werken, was een verrassing. “We wisten niet zeker of de pure vorm van het enzym zijn werk ook zou doen buiten de bacterie, maar uit onze experimenten bleek dat Huc zelfs in een twaalf keer lagere concentratie als in onze atmosfeer nog energie kon halen uit waterstof. Dat is een lagere concentratie dan onze meetapparatuur kon detecteren. Het is fascinerend hoe stabiel Huc is: het enzym valt niet uit elkaar en blijft elektriciteit genereren bij vriestemperaturen van -80 graden of hitte tot 80 graden Celsius. Dit maakt Huc ideaal om te gebruiken als duurzame energiebron voor bio-elektrische apparaten.”
