Onderzoekers aan de Radboud Universiteit tonen aan dat het mogelijk is om ook met een methaanetende-bacterie vanuit vervuild afvalwater elektriciteit op te wekken. In 2020 toonden ze dat al aan met de anamnox-bacterie en dat proces wordt op grote schaal al toegepast voor industrieel afvalwater en bij rwzi’s in de deelstroombehandeling.
De zoetwaterbacterie Candidatus Methanoperedens gedijt goed op locaties waar het grond- en oppervlaktewater vervuild is. Dat komt omdat de bacterie nitraat uit stikstof nodig heeft voor het afbreken van methaan. Nu blijkt uit het Nijmeegse onderzoek, met een publicatie op 12 april in Frontiers in Microbiology, dat deze bacterie bij de omzetting van methaan elektriciteit kan opwekken. Eerder toonden Nijmeegse onderzoekers dat al aan voor de bekende anamnox-bacteriën die ammonium afbreken.
Biogas beter benutten
De onderzoekers waren geïnteresseerd in de omzettingsprocessen in de bacterie, en keken daarnaast ook of het mogelijk was om elektriciteit op te wekken met de bacterie. ‘Dit zou nuttig kunnen zijn voor de energiesector”, zegt auteur Cornelia Welte. “In de huidige biogasinstallaties wordt slechts minder dan de helft van het biogas omgezet in stroom, en daarmee is de maximumcapaciteit al benut. Wij willen kijken of het met micro-organismen beter kan.”
Biologische en chemische pool
Net zoals destijds bij de anamnox bacterie, worden de vrijgekomen elektronen met speciale metalen elektrodes opgevangen in een minireactor die men vervolgens door een stroomdraad laat lopen. “Bij deze methaanetendebacterie werkt het in principe op dezelfde manier”, aldus microbioloog Heleen Ouboter. “We maken eigenlijk een soort batterij met twee polen. We laten de bacteriën groeien op een elektrode aan de ene kant, waaraan ze door de omzetting van methaan elektronen afgeven.” Met deze opzet is het de onderzoekers gelukt om 31 procent van het methaan om te zetten naar elektriciteit, maar ze streven naar een efficiëntere omzetting.
Anamnox-installaties
In Nederland draaien inmiddels ruim twintig Anammox-installaties die dit proces gebruiken. Deze methode waarbij veel minder zuurstof nodig is, is zeer energiezuinig en dus duurzamer dan de reguliere methode van stikstof verwijdering uit afvalwater. KWR werkt dit voorjaar bij de rwzi Simmern in Duitsland nog aan een pilot om het proces ook te testen in de reguliere stikstofverwijdering via anamnox bij afvalwaterzuivering, waaronder de mogelijke toepassing bij lagere temperaturen. In fase 2 wordt de pilot verplaatst naar een industriële onderzoekslocatie in Nederland. De activiteiten omvatten het ontwikkelen, ontwerpen en bouwen van een kleinschalige modulaire membraanreactor met een fijne zeef voor optimale retentie van anammoxbacteriën ten behoeve van de stikstofverwijdering.
Techniek anamnoxreactor
De eerste stap is om zwevende vaste deeltjes in een reactor uit te vlokken om zodoende deeltjes en organische stof te binden, waarna een voldoende hoeveelheid zwevende deeltjes via een fijne zeef en oppervlaktefiltratie wordt verwijderd voordat het afvalwater de anammoxreactor binnenkomt.
Door het gebruik van een selectieve verwijderingsmethode op basis van grootte (fijnzeef) wordt de gewenste anammoxbacterie, die groeit in de vorm van korrels, gescheiden van ongewenste micro-organismen uit het surplusslib. De afgescheiden anammoxkorrels worden teruggevoerd in de anammoxreactor. Het overtollige biologische spuislib met de ongewenste micro-organismen wordt afgevoerd naar de slibbehandelingsinstallatie.
Lage temperatuur
Toepassing van dit proces bij het zuiveren van regulier afvalwater bij lagere temperaturen (10-20°C) is een grote uitdaging, aldus KWR. De gewenste biologische respons is meer dan 50% omzetting van ammonium in nitriet door middel van twee bacteriesoorten, met eerst ammoniumoxiderende bacteriën. Vervolgens gaan de anamnoxbacterien het overige ammonium omzetten met het gevormde nitriet. Echter, de annamoxbacteriën en de nitrietoxiderende bacteriën wedijveren onderling om nitriet. De retentie van actieve anammoxbacteriën in een reactor is een uitdaging, omdat ze bij lage temperaturen erg traag groeien.
