Een genetisch gemanipuleerde E. coli-bacterie zet doeltreffend glucose om in koolwaterstoffen, waar weer duurzame biobrandstoffen uit vervaardigd kunnen worden.

Momenteel zijn we naarstig op zoek naar manieren om onze wereld duurzamer in te richten. Toch willen velen het gemak van de auto niet inleveren. Een nieuwe studie laat nu zien dat het een het ander niet hoeft uit sluiten. Onderzoekers hebben namelijk de wonderen van de biologie en scheikunde gecombineerd, door met behulp van eigenaardige microben glucose – een soort suiker – om te zetten in olefinen: een koolwaterstof en een van componenten waaruit benzine bestaat.

E. coli-bacterie
Het klinkt opmerkelijk: suiker omzetten in koolwaterstoffen die in benzine verwerkt zijn. Toch is dat precies wat wetenschappers voor elkaar hebben gekregen. Hoe? In het onderzoek voerden de onderzoekers glucose aan genetisch gemanipuleerde E colie-bacteriën (die overigens geen gevaar vormen voor de menselijke gezondheid). “Deze microben zijn ware suikerjunkies, nog erger dan kinderen,” grapt onderzoeker Zhen Wang. De suiker-verorberende microben waren in staat om glucose om te zetten in verbindingen die ook wel met een moeilijk woord 3-hydroxyvetzuren worden genoemd. Terwijl de bacteriën van de glucose smulden, maakten ze tegelijkertijd die vetzuren aan. Met behulp van een katalysator verwijderden de onderzoekers vervolgens de ongewenste delen uit de vetzuren waardoor het eindproduct ontstond: olefinen.

Genetisch gemanipuleerde bacteriën zetten glucose om in een vetzuur, dat vervolgens kan worden omgezet in koolwaterstoffen die olefinen worden genoemd. Om dergelijke bacteriën te laten groeien, voegen wetenschappers de microben toe aan glazen gevuld met voedingsstoffen (de gele stof). Afbeelding: Douglas Levere / University at Buffalo

Het betekent dat de onderzoekers een methode hebben gevonden om olefinen rechtstreeks uit glucose te maken. Wat olefinen zijn? “Olefinen zijn koolwaterstoffen (chemicaliën die alleen koolstof- en waterstofatomen bevatten) met dubbele bindingen (onverzadigde bindingen),” legt Wang in een interview met Scientias.nl uit. “Ze worden in kleine hoeveelheden in benzine en andere van aardolie afgeleide brandstoffen aangetroffen. Bovendien worden ze gebruikt als voorlopers om polymeren te maken. Maar het belangrijkste is, is dat onze geproduceerde olefinen mogelijk in de toekomst in benzine kunnen worden verwerkt om auto’s mee aan te drijven.”

Duurzaam
Wat aan de nieuwe methode zo interessant is, is dat de olefinen die de onderzoekers produceerden, vervaardigd zijn uit glucose in plaats van uit ruwe olie. “De glucose is afkomstig uit de lucht, omdat planten en algen koolstofdioxide omzetten in suikers door middel van fotosynthese,” legt Wang uit. “Wanneer we de nieuwe olefinen dus als brandstof gebruiken, geven we in wezen koolstofdioxide terug aan de lucht. Dit betekent dat de cyclus CO2-neutraal is. Ruwe olie daarentegen wordt gedurende honderden miljoenen jaren gevormd uit de overblijfselen van oude planten en algen. Bij het gebruik van brandstoffen uit ruwe olie komt in zeer korte tijd een enorme hoeveelheid CO2 vrij, wat leidt tot het broeikaseffect. Daarentegen zijn de olefinen die wij hebben geproduceerd, zeer duurzaam.”

Bijgeschaafd
Hoewel de onderzoekers hebben laten zien dat het technisch mogelijk is om uit glucose olefinen te maken, moet de methode nog wel flink bijgeschaafd worden. Zo moet bijvoorbeeld nog in kaart gebracht worden hoeveel energie het kost om de olefinen te vervaardigen. “Daarnaast werken we aan het verhogen van de conversie-efficiëntie,” vertelt Wang. “Zo moet de omzetting van glucose naar olefinen veel verder worden geoptimaliseerd voordat het bruikbaar is voor commerciële toepassingen.” Momenteel zijn er bijvoorbeeld 100 glucosemoleculen nodig om ongeveer 8 olefinemoleculen te produceren. Het doel is nu om die verhouding te verbeteren. “Ideaal zou zijn om zo’n 42-44 olefinemoleculen per 100 glucosemoleculen te produceren,” zegt Wang. “Dat is de theoretische limiet.” Een manier om dat voor elkaar te krijgen is de E. colie-bacteriën op de één of andere manier zo ver krijgen om meer 3-hydroxyvetzuren te produceren voor elke gram geconsumeerde glucose.

Als het echter lukt om het proces te optimaliseren, kan dit een grote stap betekenen in onze inspanningen om duurzame en milieuvriendelijke biobrandstoffen te maken. “De studie laat zien dat het technisch haalbaar is om benzine-achtige brandstoffen uit hernieuwbare bronnen te halen, zodat we niet meer zo afhankelijk zijn van ruwe olie,” onderstreept Wang. “De natuur geeft ons echt talloze mogelijkheden om een probleem op te lossen en doet ons de enzymen waar we naar verlangen, zomaar cadeau. Het verkrijgen van brandstoffen uit hernieuwbare bronnen zal ons vervolgens helpen het milieu te beschermen en de wereld beter achter te laten voor komende generaties.”