Klaas Hellingwerf

Hoogleraar Algemene Microbiologie

Klaas Hellingwerf vertelt over bacteriën, klimaatverandering en schone energie.

dhr. prof. dr. Klaas Hellingwerf, medewerker FNWI, hoogleraar

Foto: Jan Willen Steenmeijer

Regelmatig beweren boze tongen dat er sprake is van een links complot en dat wetenschappers zich door onsamenhangende hersenspinsels laten meeslepen. Toch ontkennen maar weinig mensen dat de opwarming van de aarde en de uitputting van hulpbronnen onze planeet voor grote uitdagingen stelt. Onze mondiale industriële economie drijft al twee eeuwen op goedkope fossiele brandstoffen. Nu dreigt zij aan haar eigen succes ten onder te gaan. Weliswaar probeert zij haar afhankelijkheid van CO2 producerende brandstoffen te verminderen, maar zij blijft onophoudelijk economische groei najagen. De laatste tijd is de zoektocht naar schone, hernieuwbare energie in de vorm van biobrandstoffen en zonne-energie urgent geworden vanwege de alarmerend hoge CO2-niveaus in de atmosfeer, in combinatie met de op handen zijnde gevolgen van de 'oliepiek'. Zij werden als levensvatbare alternatieven binnengehaald, maar deze energiebronnen zijn wat kosten en rendement betreft minder effectief gebleken dan aanvankelijk was gehoopt. De wet van onbedoelde gevolgen trad in werking: een aantal biobrandstoffen heeft gezorgd voor een piek in de voedselprijzen omdat landbouwgrond en gewassen steeds vaker worden gebruikt voor de productie van biobrandstoffen. Een werkelijk schone en in overvloed aanwezige energiebron lijkt nog steeds een illusie.

Maar is dat zo?

Volgens twee van de knapste koppen van de UvA is een eenvoudig prokaryotisch micro-organisme wellicht het antwoord op een van 's werelds meest complexe vraagstukken. Deze oorspronkelijke micro-organismen, die bekend staan als blauwalgen (cyanobacteriën), hebben dezelfde fotosynthetische vermogens als planten en worden in bijna alle land- en watermilieus op aarde aangetroffen. Klaas Hellingwerf en Joost Teixeira de Mattos, onderzoekers aan de UvA, zijn ervan overtuigd dat blauwalgen in de toekomst een bron van schone energie kunnen vormen. Daarom hebben zij, samen met de Universiteit van Amsterdam, hun eigen bedrijf opgericht om deze eenvoudige, maar effectieve algensoort te ontwikkelen en te vermarkten.

In de rubriek 'In gesprek met ...' hebben we deze maand een onderhoud met Klaas Hellingwerf, hoogleraar Algemene Microbiologie aan de Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica, over bacteriën, klimaatverandering en de mogelijkheid om schone energie op te wekken.

still video opening Photanol

Foto: FNWI, still video opening Photanol

Kunt u ons iets meer vertellen over het Photanol-concept?

Photanol biedt een levensvatbaar, schoon en doeltreffend alternatief voor de huidige fossiele brandstoffen en biobrandstoffen door  het fotosynthetisch vermogen van blauwalgen te benutten. Sinds de industriële revolutie is de wereld afhankelijk van een eindige hoeveelheid fossiele brandstoffen als olie en steenkool voor gebruik in het vervoer en de industrie. De afgelopen twee eeuwen hebben deze fossiele brandstoffen de koolstofcyclus van de aarde echter verstoord, wat heeft geleid tot een toename van CO2 in de atmosfeer. De opwarming van de aarde en klimaatverandering zijn daarvan een direct gevolg. De laatste tijd zijn schonere alternatieven voor  fossiele brandstoffen opgekomen. Deze energiebronnen zijn echter niet alleen lastig te produceren, maar ze zijn ook inefficiënt waarbij veel verspilling plaatsvindt.

Bij Photanol, een onderneming die ik samen met collega's in 2008/2009 heb opgericht, hanteren we een meer biologische benadering door de natuurlijke fotosynthetische eigenschappen van blauwalgen te benutten. Op die manier kan zonne-energie rechtstreeks worden omgezet in waardevolle verbindingen als ethanol, butanol en propaandiol. We doen dit door de stofwisseling van blauwalgen genetisch te veranderen, waardoor de traditionele fotosynthetische route, waarbij CO2 met behulp van zonlicht in biomassa wordt omgezet, wordt omzeild. Door de eigenschappen van fermenterende bacteriën in te brengen, ontstaat er een korter traject waarbij blauwalgen met behulp van zonne-energie CO2 onmiddellijk omzetten in biobrandstoffen. Het enige bijproduct van dit hele proces is zuurstof.

Bent u de eerste die zich hiermee bezighoudt?

Strikt genomen niet. De eersten die suggereerden dat het mogelijk was uit blauwalgen alcohol te produceren, waren twee Canadese onderzoekers, die daarover in de jaren negentig een artikel schreven. Ondanks de aanvankelijk enthousiaste reacties op dit artikel, werd er verscheidene jaren niets meer over gehoord. In 2008 ben ik samen met collega's dit idee wat nader gaan bekijken en we beseften dat we blauwalgen ook genetisch kunnen aanpassen om andere energiedragers te produceren, waaronder butanol, melkzuur en aceton. Vervolgens hebben we onmiddellijk octrooi aangevraagd voor ons idee, waardoor we een commerciële spin-off konden creëren. Sindsdien is deze spin-off de katalysator voor verder onderzoek en ontwikkeling.

Wanneer hoopt u uw product op de markt te brengen? 

Nadat we Photanol hadden opgericht en ons intellectuele eigendom van enkele producten hadden veiliggesteld, gingen we meteen aan de slag om te bewijzen dat deze producten in een laboratorium konden worden gemaakt. Toen onze hypothese eenmaal was bevestigd, kregen we in 2010 subsidie om in de Faculteit der Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica (Science Park 904 - red.) een proeffabriek te bouwen, die recentelijk is voltooid. Nu de infrastructuur gereed is, zal onze volgende stap zijn de omvang en efficiëntie van de productie zodanig te vergroten dat het product commercieel levensvatbaar wordt. Daartoe moeten we ons vloeroppervlak van 60 m2 tot ongeveer een hectare uitbreiden. Ondanks een aantal groeipijnen vertrouwen we erop dat ons dit binnen ongeveer een jaar zal lukken.

Zijn er behalve biobrandstoffen nog andere producten die u met behulp van blauwalgen zou kunnen maken? 

Toen wij in 2010 onze subsidie ontvingen, had de wereld te maken met een ongekende stijging van de olie- en aardgasprijs. Met het vooruitzicht van de uitputting van oliebronnen en een toename van het energieverbruik moedigde de regering investeringen in biobrandstoffen aan.  Dat vormde voor ons een stimulans om ons te blijven richten op energiedragers op basis van blauwalgen. Sindsdien is het mondiale energielandschap opnieuw gewijzigd. Recente gebeurtenissen als de daling van de olieprijs en de groei van frackingactiviteiten in de Verenigde Staten hebben ons ertoe gedwongen ook na te denken over alternatieve producten die we met behulp van blauwalgen zouden kunnen vervaardigen. Binnen de biotechnologie behoren E. coli en Saccharomyces (een soort schimmel – red.), tot de meest gebruikte organismen bij de vervaardiging van farmaceutische en industriële producten als waspoeder en bulkplastic. De enzymen en biomoleculen die door deze organismen worden aangemaakt, kunnen echter ook door blauwalgen worden geproduceerd. Beter nog, blauwalgen maken uitsluitend gebruik van zonlicht en CO2  om dezelfde producten te maken als E. coli en Saccharomyces, die daarvoor suikers nodig hebben. Gezien de overvloed aan CO2 en de afnemende hoeveelheid landbouwgrond zijn blauwalgen het schoonst en het meest kostenefficiënt.

U had het over de toename van frackingactiviteiten in de Verenigde Staten. Denkt u dat schaliegas een oplossing kan zijn voor de mondiale energiebehoeften?

Integendeel. Volgens mij is schaliegas een absolute ramp in de strijd tegen klimaatverandering. Als je het fraccen van schaliegas in haar huidige vorm zorgvuldig bestudeert, kom je tot de conclusie dat de voordelen niet opwegen tegen de nadelen. Voor hydraulisch fractureren (fraccen of fracking) zijn grote hoeveelheden water vereist en water is een schaars goed, vooral in de landbouw. Als er meer water voor fraccen nodig is, ontstaat er wellicht een belangenconflict tussen energie en landbouw. Bovendien is gebleken dat fraccen zorgt voor  verontreiniging van watervoorraden, waarvan alle levende materie afhankelijk is.  Verder is het verontrustend te zien hoeveel verspilling er tijdens fraccen optreedt. Slechts zo'n 50 procent van het gewonnen gas wordt daadwerkelijk opgevangen, terwijl de rest uiteindelijk in de atmosfeer terechtkomt. En dat gas is uiteraard methaan,  dat als broeikasgas 20 keer krachtiger is dan CO2. Als de methaanconcentraties in de atmosfeer door fraccen blijven stijgen, kan dat wel eens behoorlijk onaangename consequenties hebben.

Hebt u de hoop dat de samenleving zich bewust wordt van de noodzaak om schonere energiebronnen als blauwalgen volledig te omarmen, in plaats van zich alleen maar op economisch gewin voor de korte termijn te richten?

Alles is mogelijk. Doorgaans  zien we echter pas een mentaliteitsverandering wanneer er iets extreems gebeurt, zoals de kernramp in Fukushima in 2011. Hoe verschrikkelijk ook, de recente natuurrampen kunnen mensen tot het besef brengen dat de door onszelf veroorzaakte opwarming van de aarde een dreiging is die om een mondiale reactie vraagt. Zelfs als we minder of helemaal geen broeikasgassen meer uitstoten, duurt het nog jaren voordat de CO2-niveaus in de atmosfeer zich stabiliseren.  Daarom zijn alternatieven als blauwalgen zo broodnodig. Ik heb echter de hoop dat de houding van de mensen zal veranderen en dat de samenleving zal overgaan op een duurzamere wijze van energieverbruik.

Gepubliceerd door  Universiteit van Amsterdam

15 februari 2017