We leven in een bijzonder tijdperk in de menselijke geschiedenis. Nog nooit is de levensstijl van de mens zo afhankelijk geweest van één grondstof: olie. We gebruiken olie voor het maken van plastics, geneesmiddelen, asfalt voor wegen en brandstoffen voor auto’s, vrachtwagens, vrachtschepen en vliegtuigen. Hoewel dit geleid heeft tot een geweldige welvaart en economische groei zijn er twee belangrijke redenen om op zoek te gaan naar alternatieven.
Ten eerste duurt het geologische proces voor het maken van olie miljoenen jaren, terwijl de mensheid de olie in een paar eeuwen aan het opmaken is. Dit betekent dat olie niet langer beschikbaar zal zijn als brandstof voor toekomstige generaties. Een tweede en nog urgenter probleem is dat met de verbranding van olie koolstof, dat miljoenen jaren diep in de aarde was opgeslagen, als koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer vrijkomt. Deze CO2 resulteert in het broeikaseffect en een snelle toename van de gemiddelde temperatuur op aarde. Kortom, in onze huidige op olie gebaseerde economie betalen we alleen de prijs voor het oppompen van de olie uit de aarde en niet wat het zou kosten om duurzame brandstoffen te produceren als onderdeel van een circulaire economie.
Bio-ethanol
Misschien wel het bekendste voorbeeld van het gebruik van schimmels door de mens is de productie van bier, brood en wijn, waarbij de gist Saccharomyces de suikers uit tarwe, gerst of druiven omzet in alcohol en CO2. Alcohol kan niet alleen gedronken worden, maar is ook een goed alternatief voor benzine. In Brazilië wordt ethanol op basis van rietsuiker dan ook al meer dan 50 jaar verkocht als autobrandstof.
Tijdens de groei van suikerriet, maar ook van andere planten, worden CO en zonlicht samen omgezet in suikers en ander plantaardig materiaal. Gist kan de rietsuiker vervolgens omzetten in ethanol. Bij de verbranding van ethanol in een motor komt ook CO2 vrij, maar die CO2 wordt bij de volgende groeicyclus van het suikerriet weer gebruikt en kan potentieel resulteren in een CO2 neutrale, hernieuwbare biobrandstof: bio-ethanol.
Houtsuiker
Op dit moment, worden door gisten gemaakte biobrandstoffen hoofdzakelijk gemaakt uit makkelijk te verwerken suikers, zoals sacharose uit suikerriet en suikerbiet of zetmeel uit graan en mais. Als biobrandstoffen ook gemaakt kunnen worden uit reststromen van de landbouw, zoals bijvoorbeeld tarwestro of maisloof, vergroot dit niet alleen de mogelijke productievolumes, maar voorkomt het ook ongewenste competitie tussen productie van voedsel en brandstoffen. In dit scenario, waar brandstof en voedselproductie hand in hand gaan en elkaar versterken, is naast gist, ook een belangrijke rol weggelegd voor de filamenteuze schimmels.
Biobrandstoffen
Biobrandstoffen zijn brandstoffen die gemaakt worden uit biomassa. Onder deze verzamelnaam vallen bijvoorbeeld ook biodiesel gemaakt uit plantaardige oliën of biogas uit de fermentatie van dierlijke mest of huishoudelijk afval. Hier worden echter alleen biobrandstoffen beschreven die met gisten of schimmels gemaakt worden uit suikers of plantaardige (rest) stromen.
Shutterstock
Stro en maisloof zijn door gist en veel andere micro-organismen moeilijk af te breken, omdat het niet bestaat uit simpele glucose- of sacharosesuikers maar uit cellulose waarin de suikers in lange ketens zitten. Veel filamenteuze schimmels maken speciale enzymen die cellulose wel af kunnen breken. Een bekend voorbeeld hiervan is de schimmel Trichoderma reesei, die in de tweede wereldoorlog ontdekt is op rottende katoenen (cellulose) tenten van het Amerikaanse leger.
Nadat deze enzymen de cellulose afgebroken hebben, kan gist de vrijgekomen suikers omzetten in bio-ethanol. Om niet alleen glucose, maar ook de vrijgekomen houtsuikers xylose en arabinose om te zetten in bio-ethanol wordt hierbij een genetisch gemodificeerde gist gebruikt. De afgelopen drie jaar zijn in de Verenigde staten en Brazilië de eerste fabrieken gestart, die deze combinatie van schimmelenzymen en gist gebruiken om maisloof en uitgeperst suikerriet om te zetten in bioethanol.
Nieuwe brandstoffen
De razendsnelle ontwikkeling van de technieken om industriële micro-organismen genetisch te modificeren maakt het niet alleen mogelijk om ook suikers zoals xylose en arabinose efficiënt om te zetten in bio-ethanol, maar kan eveneens gebruikt worden om nieuwe biobrandstoffen te maken. Deze nieuwe biobrandstoffen hebben een hogere energiedichtheid of lijken qua verbrandingseigenschappen meer op biodiesel of kerosine.
Een aansprekend voorbeeld hiervan is de productie van de biodiesel farnesaan met een genetisch gemodificeerde gist, die oorspronkelijk ontworpen was voor de productie van het anti-malariamedicijn artimisinine door het Californische bedrijf Amyris. Dit maakt het mogelijk om biobrandstoffen te maken met verschillende eigenschappen die optimaal geschikt zijn voor vrachtwagens, vrachtschepen of voor de luchtvaart. Zo kunnen biobrandstoffen, samen met andere technologische ontwikkelingen zoals elektrische personenauto’s, bijdragen aan een duurzame samenleving die niet langer afhankelijk is van brandstoffen uit olie.