Meer energie uit biomassa dankzij pissebed?

Uit biomassa halen we duurzame energie, maar hout is dankzij de stugge structuur een lastige kandidaat. Het is moeilijk af te breken en dat kan efficiënter. De natuur heeft al oplossingen om hout te verteren: de houtborende pissebed. Daar kan de bioraffinage zijn voordeel mee doen.

Veruit de meeste duurzame energie in Nederland komt uit biomassa. Het verbranden van organische materialen als hout, gras, mest en ander gft-afval levert energie op, omdat er veel koolstof in vastgelegd ligt. Hele bossen kappen voor die biomassa-energie is natuurlijk niet duurzaam, maar afval als snoeihout volstaat ook. Met hulp van zuren en hoge druk komt er uiteindelijk suiker vrij (dat uit onder andere koolstof bestaat). Suiker levert een energiedrager op, vaak in de vorm van bio-ethanol.

Veel van de biomassa, zoals maïs, dienen ook als voedsel voor ons of andere dieren. Het voordeel van hout is dat het geen competitie heeft met de voedingssector, omdat wij mensen hout niet kunnen eten en verteren. Maar dat het moeilijk af te breken is maakt hout ook juist een lastige kandidaat voor energiewinning.

Limnoria Tripunctata, deze pissebed verteert hout.

Restproduct

De houtige biomassa wordt nog niet optimaal benut. Dat komt door lignine, het stofje dat hout zo moeilijk verteerbaar maakt. Het geeft bomen de stevigheid, waardoor ze bestand zijn tegen de heftigste windstoten en niet zo makkelijk aan te tasten zijn door planteneters. Lignine-moleculen hebben chemisch gezien veel verbindingen die hout zo stug en ondoordringbaar maken, die verbindingen wil je openknippen om meer energie te halen uit de biomassa. Lignine bindt namelijk aan cellulose in de celwand van de plant. Daardoor is er minder cellulose beschikbaar om energie uit te halen. Lignine laat zich niet makkelijk bewerken tot kleinere moleculen en is daarmee erg weerbarstig. “Het is een restproduct bij de verwerking van hout naar cellulose en bij de productie van cellulose naar ethanol”, zegt Richard Gossink van Wageningen Food and Biobased Research.

Uitgelicht door de redactie

Biologie
Waarom winterslapers gezond wakker worden

Klimaatwetenschappen
De aarde opwarmen met 130 kilometer per uur

Cultuurwetenschappen
Nette dames vechten voor kiesrecht

Toen onderzoekers van de universiteit van York de ontlasting van houtborende waterpissebedden (Limnoria) bestudeerden, zagen ze dat de diertjes lignine loskregen van cellulose. Hoe doen die beestjes dat? Wat doen zij met dat weerbarstige lignine? Ze keerden daarop het beestje volledig binnenstebuiten en vonden achterin het darmkanaal een stofje dat lignine verandert: hemocyanine. Dit is een broertje van het menselijke hemoglobine en heeft min of meer dezelfde functie: het vervoert zuurstof door ons bloed. De pissebed gebruikt hemocyanine niet alleen om zuurstof te vervoeren, maar ook om hout te verteren.

Toepassing in de industrie

Hemocyanine is niet het eerste stofje dat lignine kan verteren. “We kennen al enzymen die lignine afbreken. Uit witrotschimmels bijvoorbeeld, die kunnen ook hout verteren”, vertelt Gossink. Deze paddenstoelen groeien op rottende bomen en kunnen door de stevige structuur van het hout heen om bij voedingsstoffen te komen. “In de industrie zie ik de lignineverterende enzymen van de witrotschimmel nog niet terug. Die vertering gaat namelijk heel langzaam, dat is voorlopig niet interessant genoeg. Hopelijk is dit enzym (van de Limnoria) beter in te zetten. Ik zie het als een interessante stap vooruit.”

Om hout toch te kunnen verwerken gebruikt de industrie nu hoge temperaturen en verschillende chemische stappen om de energierijke koolhydraten beschikbaar te krijgen. Dat kan makkelijker als je het hout eerst bewerkt met het stofje dat houtetende diertjes al uitgevonden hebben, schrijven onderzoekers in Nature Communications. Om dat te bewijzen weekten ze hout in hemocyanine en zeewater voor een kleine twintig minuten op kamertemperatuur. Dit kan tot drie keer meer suiker uit cellulose opleveren, zonder dat hoge temperaturen nodig zijn.

Ook een elfenbankje kan hout verteren.
Dominicus Johannes Bergsma, Wikimedia Commons

Opschalen

Dankzij de kennis over het darmkanaal van de Limnoria is er een nieuwe mogelijkheid om bioraffinage efficiënter te maken bijgekomen. De trage opmars van de enzymen van de witrotschimmels kennende, is de opmars richting de industrie wellicht moeizaam, maar wel veelbelovend. “De hemocyanine is krachtiger in het verteerbaar maken van hout dan de enzymen van de schimmels, dat hebben we vergeleken”, licht auteur Simon McQueen Mason van de University of York via mail toe.

“Ondanks dat deze ontwikkeling zich in een zeer vroeg stadium bevindt, zien we hemocyanine misschien wel terug in de industrie”, zegt Gosselink. Dat daarvoor barrières te overwinnen zijn bevestigt McQueen Mason: “De grootste uitdaging is om hemocyanine kosteneffectief en op grote schaal te produceren, dat lukt ons tot nu toe niet.” Om dit te bereiken wil McQueen Mason een recombinant eiwit maken, zoals we ook insuline maken voor diabetici. Door het gen voor insuline in te bouwen in een bacterie, produceert de bacterie insuline. Dit is in de basis het medicijn voor diabetespatiënten. Als het lukt om een vergelijkbare methode voor hemocyanine te ontwikkelen zien we het trucje van de pissebed wellicht terug in de duurzame energiesector.

Bron:

Katrin Besser e.a., Hemocyanin facilitates lignocellulose digestion by wood-boring marine crustaceans, Nature Communications. 3 december 2018.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Duurzaamheid vergroten op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden