Roest? Roest!

Roest? Roest!

Figuur  SEQ Figuur \*
ARABIC 1: Vorming van roest op
metalen.

Corrosie is het fenomeen waarbij metalen chemisch oxideren door elementen uit de omgeving. De best gekende vorm van corrosie is de aantasting van ijzer in een waterig milieu in de aanwezigheid van zuurstof. Dit zorgt voor de veelvoorkomende roestplekken die te zien zijn op het metaal (Figuur 1). Een andere vorm van corrosie is biocorrosie. Hierbij gaan micro-organismen, zoals bacteriën het corrosieproces versnellen.

De jaarlijkse wereldwijde kosten van door corrosie lopen op tot zo’n 3% van de BBP van de wereld. Dit komt neer op een slordige € 1 930 177 miljoen. Ongeveer 10% van de schade aangebracht door corrosie is afkomstig van microbiële activiteit.

Zoals je kan merken lopen de kosten door corrosie hoog op. Het is dus nodig om dit proces beter te verstaan en op deze manier de impact van corrosie te verkleinen. Een ander mogelijkheid bestaat erin om dit proces te gebruiken voor het welzijn van de mensen. Een mogelijke toepassing van biocorrosie is het gebruik van de micro-organismen in de omzetting van elektrische naar chemische energie. Maar waarom is dat nu net een voordeel?

Door de groeiende wereldbevolking en de stijgende levensstandaard is er een almaar groter wordende behoefte aan energie. De olievoorraden beginnen te slinken, kerncentrales krijgen meer tegenkanting en de opwarming van de aarde kan al een tijdje niet meer genegeerd worden. Naast het gebruik van alternatieve energiebronnen zoals wind- , water- en zonne-energie wordt ook gezocht naar efficiëntere manieren om de opgewekte energie op te slaan. De bestaande batterijen bieden tot op de dag van vandaag onvoldoende opslagruimte om de energieoverschotten op te slaan om energietekorten te overbruggen. De productie van biobrandstoffen maakt het mogelijk om energie op een eenvoudige manier te transporteren. Een andere mogelijkheid bestaat erin om elektrische energie om te zetten naar chemische energie in de vorm van biobrandstof en andere organische componenten. Dit kan gedaan worden met behulp van micro-organismen, vooral acetogene bacteriën zijn interessant. Hierbij wordt koolstofdioxide (CO2) omgezet tot acetaat of een andere organische molecule door acetogene bacteriën. De omzetting van koolstofdioxide naar acetaat is een natuurlijk fenomeen dat voorkomt onder anaerobe (zuurstofarme) condities. Deze acetogene bacteriën leven voornamelijk op corroderende oppervlakken. De grote hoeveelheden koolstofdioxide die geproduceerd worden in de industrie, zouden op deze manier hergebruikt kunnen worden. Naast het rechtstreekse gebruik van acetaat wordt acetaat ook gebruikt als grondstof voor de productie van andere organische moleculen zoals melkzuur.

Deze omzetting van elektrische energie naar chemische energie zou niet alleen stroomtekorten helpen overbruggen, het is ook een ecologisch en ethisch verantwoorde manier om biobrandstof te maken. Tegenwoordig gaat de productie van biobrandstof  gepaard met de productie van voedingsgewassen die op hun beurt niet kunnen gebruikt worden voor menselijke consumptie. Microbiële electrosynthese biedt de mogelijkheid om biobrandstof te produceren zonder gebruik te maken van landbouwgronden en voeding. Deze vorm van energie omzeilt de schadelijke milieueffecten die gepaard gaan met intensieve landbouw en het energieverlies die nodig is voor de productie van tussenproducten.

Figuur  SEQ Figuur \*
ARABIC 2: Wood-Ljungdahl pathway als
metabolisch systeem van acetogene bacteriën.

De omzetting van elektrische energie naar chemische energie kan zoals eerder vermeld, gebeuren met behulp van acetogene bacteriën. De bacteriën worden opgekweekt in de aanwezigheid van Fe(0) als enige elektrondonor. Hierdoor wordt Fe(0) omgezet naar Fe(II) waarbij 2 elektronen kunnen gebruikt worden door het micro-organisme. Het gebruik van deze 2 elektronen, afkomstig van Fe, is de elektrische energie. Acetogene bacteriën maken gebruik van de Wood-Ljungdahl pathway als metabolisch systeem. Aan de hand van deze pathway wordt acetaat gevormd (Figuur 2).

Maar waar vind je die micro-organismen nu? De acetogene bacteriën die nuttig kunnen zijn voor dit experiment leven onder anaerobe (geen contact met zuurstof) omstandigheden op ijzeren oppervlakten. Een mogelijkheid waar de bacteriën zich zouden verschuilen, is bijvoorbeeld op het oppervlak van een fiets dat al enkele jaren in het water ligt. Er werden stalen genomen van een spaak, de bodem dicht bij de fiets en schraapsel van de fiets. De stalen worden opgegroeid in de aanwezigheid van ijzerpartikels. Van hieruit kan via een abiotische weg (door invloeden die niet afhankelijk zijn van levende organismen) H2 worden geproduceerd. Via een biotische (door organismen) manier kan H2, CH4 (door methanogenen), H2S (door sulfaatreducerende bacteriën) of acetaat (door acetogene bacteriën) gevormd worden (Figuur 3). Aangezien deze milieustalen niet enkel acetogene bacteriën bevat worden enkele componenten toegevoegd aan het medium om de groei van

Figuur  SEQ Figuur \*
ARABIC 3: Biotische en abiotische
productvorming door milieustalen.

andere micro-organismen (zoals methanogenen en sulfaatreducerende bacteriën) te verstoren.

Er bestaat een mogelijkheid dat H2 productie een voordeel kan zijn voor de productie van acetaat.

De meeste studies maken gebruik van waterstof als elektrondonor voor de aanrijking of isolatie van acetogene culturen. Indien deze bacteriën later gebruikt worden voor microbiële electrosynthese (MES) kan de overgang naar een vaste elektrondonor moeilijkheden met zich meebrengen. Hierom wordt in dit onderzoek gebruik gemaakt van Fe(0) als enige elektrondonor waardoor de overgang naar MES vlotter zou kunnen verlopen.