Het heeft iets magisch. Wanneer dr. Marjolein Helder in het kantoor van haar Wageningse bedrijf Plant-e een ledlampje aansluit op twee draadjes die uit een plantenbak steken, gaat dat lampje spontaan branden! “En nee, er zit geen batterijtje in de bodem”, lacht Helder. “Deze plantenbak is een onderdeel van ons modulaire systeem. Je kan meerdere van deze plantenbakken schakelen, tot een systeem van honderd vierkante meter aan toe. Op verschillende plaatsen in het land staan nu dit soort systemen. Zo heeft de gemeente Ede een verlichte vangrail die zijn stroom krijgt van honderd vierkante meter van deze plantenbakken. Een bedrijf kan met die honderd vierkante meter bijvoorbeeld ook een wifi-hotspot van stroom voorzien.”
Op 7 november 2018 publiceerden de wetenschappers hun bionische paddenstoel. Ze maakten deze paddenstoel door met 3D inkt die graphene nanoribbons (GNRs) bevat een soort spinnenweb voor over de paddenstoel te printen. Daar bovenop kwam nog een 3Dgeprinte laag van inkt die blauwalg bevatte. De hoed van de paddenstoel vormt een oppervlakte waarop de bacterieën kunnen leven en door middel van fotosynthese energie produceren. Deze energie heeft de vorm van elektronen en doordat de ene laag inkt op sommige punten de andere raakt kunnen elektronen als het waren ‘opgevangen’ worden.
Bacteriën
Strikt genomen zit er natuurlijk wél een soort batterijtje in de bodem van de plantenbak. Bacteriën rond de wortels van planten leven van de voedingsstoffen die ze van die plant krijgen. Die zogenoemde exudaten bestaan voor een belangrijk deel uit suikers, die door de bacteriën worden afgebroken. Bij dat proces ontstaan vrije, negatieve elektronen en positieve waterstofionen. “Wat wij doen is niets meer dan die geladen deeltjes aftappen met behulp van elektrodes.” Helder laat het verrassend simpel klinken, maar echt voor de hand liggend is het principe niet. Het was destijds in ieder geval zó vernieuwend dat er nu een patent op rust dat in handen is van Plant-e, het bedrijf dat Helder samen met David Strik in 2009 oprichtte.
Niet alle planten blijken geschikt om voor stopcontact te spelen, legt Helder uit. “Het is belangrijk dat er geen zuurstof bij de wortels komt. Als er wel zuurstof is, dan gaan die vrije elektronen van de bacteriën liever aan de zuurstofatomen zitten, dan aan onze elektrode. Dat betekent dat je alleen elektriciteit uit planten kunt halen die met hun wortels helemaal onder water staan. Dat zorgt voor zuurstofloze omstandigheden en maakt tegelijk dat de elektronen makkelijk via het water naar de polen van onze ‘generator’ stromen.”
Duurzaam
De techniek van elektriciteitswinning uit planten en bacteriën is op en top duurzaam, stelt Helder. “Er bestaan ook gadgets die stroom tappen uit bijvoorbeeld een appel. Door een koperen en een zinken elektrode in een appel te steken kun je ook een klein beetje elektriciteit winnen. Maar bij dat proces lossen de twee elektrodes heel langzaam op. Dan breng je dus koper en zink in het milieu. Wij gebruiken inerte elektrodes. Daar gebeurt helemaal niets mee tijdens de elektriciteitswinning. En ook de plant en de bacteriën worden er niet anders van. Die groeien net zo hard door als altijd. Er hoeft ook geen extra mest bij. Het systeem draait voor 100% op het zonlicht waar de planten hun energie uit halen.” h3. Moerasnatuur
De hamvraag is natuurlijk hoevéél elektriciteit de planten kunnen leveren. “Een bak van een vierkante meter met moerasplanten kan onder optimale omstandigheden in het lab een vermogen van één watt bereiken”, zegt Helder. “Als je het systeem optimaliseert zou je dat theoretisch zelfs kunnen opschroeven tot ruim drie watt. Dat klinkt misschien niet indrukwekkend, maar je moet wel bedenken dat die planten dat dag en nacht produceren. Licht of donker, zon of regen, wind of niet, ze leveren continu stroom. En reken dan eens door: dan levert die ene vierkante meter in 365 dagen van 24 uur tot maximaal 28 kilowattuur per jaar. Een hectare planten, bijvoorbeeld in een moerasgebied, kan dan zelfs theoretisch 280.000 kilowattuur per jaar leveren. Met gemiddeld 3.500 kilowattuur per huishouden is dat het elektriciteitsverbruik van ongeveer 80 Nederlandse huishoudens. En dat uit slechts één hectare natte natuur! In de praktijk halen we dat soort opbrengsten nog niet, maar het geeft wel aan wat de potentie is van het systeem. Bovendien kun je deze vorm van elektriciteitsproductie combineren met andere, bestaande functies van een gebied, zoals natuur. Dat is eigenlijk nog veel belangrijker dan hoevéél elektriciteit je produceert.”
Volgens dit principe denkt Plant-e dat je – op papier – met minder dan 10% van alle Nederlandse natte natuur in de huidige elektriciteitsbehoefte van de Nederlanders kunt voorzien. Wereldwijd zou het gaan om 15% van de natte natuur. “Dan moet je denken aan moerasgebieden, maar ook aan rijstvelden”, aldus Helder. “Let wel: met die één tot drie watt per vierkante meter presteert onze plantenelektriciteit overigens een stuk beter dan de biomassa die we nu als zogenaamd groene stroom bestempelen. We laten gewassen groeien, moeten die machinaal oogsten en vervoeren, we vergisten de plantenresten en verstoken het opgevangen gas vervolgens in elektriciteitscentrales. Als je alle energieverliezen onderweg meerekent, levert groene stroom uit biomassa uiteindelijk veel minder dan één watt per vierkante meter landbouwgrond.”
Veenweidegenerator
Naast de schakelbare plantenbakken, heeft Plant-e inmiddels ook een soort buizen geproduceerd, waar alle benodigde techniek in is verwerkt. “Deze zomer hebben we die buizen bij wijze van experiment ingegraven in een veenweidegebied in Zuid-Holland en dat gaan we ook doen in een nat natuurgebied in Brabant. Onze droom is dat we die buizen in de bodem van nog veel meer bestaande natte natuurgebieden kunnen leggen. Op die manier kun je zonder die natuur te beïnvloeden elektriciteit uit de planten halen.”
Iets verderop in Wageningen, op het dak van het Nederlands Instituut voor Ecologie, het NIOO, heeft Plant-e al het eerste elektriciteitproducerende groene dak ter wereld gebouwd. Daar staan planten in een laagje water die daadwerkelijk stroom leveren. “De eerlijkheid gebied te zeggen dat dit dak nog niet veel elektriciteit levert, maar ook dit was voor ons vooral een bewijs van het principe. We onderhouden het systeem nauwelijks, maar toch levert het al een beetje stroom. In winters met vrieskou viel het systeem ook even stil om na de dooi weer vanzelf op te starten. Maar dit dak was voor ons wel de opmaat voor meer elektriciteitsproducerende groene daken die we samen met bijvoorbeeld bouwbedrijven willen ontwikkelen.”
“Hoewel de producten van Plant-e nog volop in ontwikkeling zijn en nog behoorlijk prijzig, heeft het bedrijf ook al producten voor consumenten”, vertelt Helder. “Via de webshop kun je je eigen plantbatterijtjes aanschaffen als Do-It-Yourself pakket.”