Het transport van methaan van gasbronnen naar de markt biedt meerdere mogelijkheden voor dit broeikasgas om in de atmosfeer te lekken. Nutsvoorzieningen, een internationaal team van onderzoekers heeft de eerste stap gezet om methaan met behulp van bacteriën direct om te zetten in elektriciteit, op een manier die in de buurt van de boorlocaties zou kunnen worden gedaan.

"Momenteel, we moeten methaan verschepen via pijpleidingen, " zei Thomas K. Wood, houder van de bijzondere leerstoel biotechnologie en hoogleraar chemische technologie, Penn State. "Als je methaan verstuurt, je stoot een broeikasgas uit. We kunnen niet alle lekkage elimineren, maar we zouden het in tweeën kunnen snijden als we het niet over lange afstanden via pijpleidingen zouden verzenden."

Het doel van de onderzoekers is om microbiële brandstofcellen te gebruiken om methaan om te zetten in elektriciteit in de buurt van de putmonden, lange afstand transport te elimineren. Dat doel ligt nog ver in de toekomst, maar ze hebben nu een door bacteriën aangedreven brandstofcel gemaakt die het methaan kan omzetten in kleine hoeveelheden elektriciteit.

"Mensen hebben tientallen jaren geprobeerd om methaan rechtstreeks om te zetten, ' zei Wood. 'Maar ze hebben het niet kunnen doen met microbiële brandstofcellen. We hebben een bacteriestam ontwikkeld die dat wel kan."

Microbiële brandstofcellen zetten chemische energie om in elektrische energie met behulp van micro-organismen. Ze kunnen op het meeste organische materiaal lopen, inclusief afvalwater, acetaat en brouwafval. methaan, echter, veroorzaakt enkele problemen voor microbiële brandstofcellen omdat, terwijl er bacteriën zijn die methaan consumeren, ze leven in de diepten van de oceaan en zijn momenteel niet kweekbaar in het laboratorium.

"We kennen een bacterie die een energie-enzym kan produceren dat methaan oppikt, "zei Wood. "We kunnen ze niet in gevangenschap kweken, maar we keken naar het DNA en vonden iets van de bodem van de Zwarte Zee en synthetiseerden het."

De onderzoekers creëerden eigenlijk een consortium van bacteriën die elektriciteit produceren omdat elke bacterie zijn deel van het werk doet. Met behulp van synthetische biologische benaderingen, inclusief DNA-klonen, de onderzoekers creëerden een bacterie zoals die in de diepten van de Zwarte Zee, maar een die ze in het laboratorium kunnen kweken. Deze bacterie gebruikt methaan en produceert acetaat, elektronen en het energie-enzym dat elektronen grijpt. De onderzoekers voegden ook een mengsel van bacteriën toe dat wordt aangetroffen in slib van een anaërobe vergister - de laatste stap in de afvalverwerking. Dit slib bevat bacteriën die verbindingen produceren die elektronen naar een elektrode kunnen transporteren, maar deze bacteriën moesten worden geacclimatiseerd aan methaan om te overleven in de brandstofcel. Ze rapporteren de resultaten van hun werk vandaag (17 mei) in Natuurcommunicatie .

"We hebben elektronenshuttles nodig in dit proces, "zei Wood. "Bacteriën in slib werken als die shuttles."

Zodra elektronen een elektrode bereiken, de stroom van elektronen produceert elektriciteit. Om de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit te vergroten, de onderzoekers gebruikten een natuurlijk voorkomend bacteriegeslacht - Geobacter, die het acetaat verbruikt dat is gemaakt door de synthetische bacteriën die methaan opvangen om elektronen te produceren.

Om aan te tonen dat een elektronenshuttle nodig was, de onderzoekers lieten de brandstofcel alleen draaien met de synthetische bacteriën en Geobacter. De brandstofcel produceerde geen elektriciteit. Ze voegden humuszuren toe - een niet-levende elektronenshuttle - en de brandstofcellen werkten. Bacteriën uit het slib zijn betere shuttles dan humuszuren omdat ze zelfvoorzienend zijn. De onderzoekers hebben op dit proces voorlopige patenten aangevraagd.

"Dit proces maakt veel elektriciteit voor een microbiële brandstofcel, "zei Wood. "Echter, op dit moment is dat bedrag 1, 000 keer minder dan de elektriciteit die wordt geproduceerd door een methanol-brandstofcel."

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .