Plant

## Planten in een plant microbiële brandstofcel

In de plant microbiële brandstofcel zijn planten erg belangrijk. De planten scheiden organische stoffen uit via hun wortels. Deze organische stoffen gebruiken de bacteriën, die zich rond de wortels bevinden, als energiebron. Bij de stofwisseling van de bacteriën komen elektronen vrij die gebruikt worden om elektriciteit te kunnen produceren [1].

De anode is het zuurstofarme gedeelte van de cel waar de elektronen worden opgevangen. De anode moet zuurstofarm zijn, anders zullen de elektronen het zuurstof reduceren waardoor ze niet meer naar de kathode stromen en er geen stroom geproduceerd wordt. De anode in een plant microbiële brandstofcel wordt zuurstofarm gemaakt door dit gedeelte onder water te zetten. De wortels van de plant moeten dus goed tegen veel water en weinig zuurstof bestand zijn. Er is daarom ook vooral onderzoek gedaan naar planten in wetlands, landbouwgrond en rijstvelden. In dit soort omgevingen staat een groot deel van de bodem onder water [2].

## Keuze in planten

In een laboratorium kan een plant microbiële brandstofcel precies naar wens worden opgesteld. Er kan dan voor één specifieke plant gekozen worden. De keuze in planten in onderzoek is erg afhankelijk van de locatie waar de plant microbiële zou worden toegepast. Verschillende planten waar specifiek onderzoek naar gedaan is zijn de planten *Arundinella anomala, Acorus calamus, Arundo donax, Brassica juncea, Canna indica, Canna stuttgart, Echinochloa glabrescens, Eichhornia crassipes, Glyceria maxima, hydroponic plants consortium, Ipomoea aquatica, Lemna minuta, Lemna valdiviana, Lolium perenne, Myrtillocactus, Oryza sativa ssp. indica, Pennisetum setaceum, Phragmites australis, Sedum album, Sedum hybridum, Sedum kamtschaticum, Sedum reflexum, Sedum rupestre, Sedum sexangulare, Sedum spurium, Spartina anglica, Trigonella foenum-graecum* en *Typha latifolia*. Uit onderzoek blijkt dat tot nu toe de plant *Spartina anglica* de hoogste energieproductie oplevert [3]*.*

De plant *Spartina anglica* (Engels slijkgras) komt in Nederland vooral voor in Zeeland en op de waddeneilanden [4]. De plant groeit op slib en zachte grond. Hij groeit het best bij temperaturen van 10-25 °C. Ook kan de plant tegen matig zout water [5].

Omdat er in de praktijk vele verschillende soorten planten in een gebied leven, kan er beter gekeken worden naar een omgeving waar de plant microbiële brandstofcel toegepast zou kunnen worden, in plaats van naar één specifieke plant te kijken. Het gebruik van een specifieke plant is vooral nuttig om verschillende variabelen “uit te schakelen” in laboratoriumonderzoek.

## Plant microbiële brandstofcel in de natuur

### **Wetlands**

Er is een enorme beschikbaarheid aan wetlands over de hele wereld. Omdat wetlands verder niet echt benut worden, is dit een nuttige omgeving voor plant microbiële brandstofcellen [6]. Nederland is het op een na laatste land met de meeste wetlands [7]. De wetlands komen vooral voor langs de kust (figuur 1) [8]. In wetlands komen veel verschillende soorten planten en dieren voor. De planten in wetlands zijn goed bestand tegen de natte omgeving. Dat maakt een wetland een goede locatie om een plant microbiële brandstofcel te plaatsen [9].

*Figuur 1: Wetlands in Nederland*

### **Landbouw**

In de landbouw zouden plant microbiële brandstofcellen gebruikt kunnen worden als een indicator over de gezondheid van planten, bodem en micro-organismen in de bodem. Hoe hoger de elektriciteitsopbrengst is, hoe beter de samenwerking tussen de planten en bacteriën verloopt. Wanneer de elektriciteitsopbrengst omlaag gaat, zou dat kunnen betekenen dat de samenwerking minder is. Deze samenwerking zou dan belemmerd kunnen zijn door bijvoorbeeld methanogenen [10]. Methanogenen kunnen waterstof omzetten tot methaangas [11]. Methaangas is slecht voor het klimaat [12]. Door een plant microbiële brandstofcel te plaatsen op de landbouwgrond zou deze een indicatie kunnen geven van de gezondheid van de grond.

### **Rijstvelden**

De planten die voorkomen op rijstvelden zijn, zoals de naam al aangeeft, rijstplanten. Rijstplanten groeien het best onder een flinke laag water en tropische temperaturen [13]. Rijstvelden lijken daarom ideaal voor een plant microbiële brandstofcel. Een nadeel is dat rijstplanten een korte levensduur hebben en de plant microbiële brandstofcel dus ook vaak niet werkt [14]. In Nederland zijn geen rijstvelden, dus zou de cel in Nederland niet op deze manier toegepast kunnen worden.

### **Groendaken**

Een andere optie voor het toepassen van de plant microbiële brandstofcel in Nederland zouden groendaken kunnen zijn [15]. Groendaken zijn daken bedekt met planten [16].

## Planten bij afvalwaterzuivering

De plant microbiële brandstofcel kan worden ingezet bij afvalwaterzuivering. Omdat de bacteriën in de brandstofcel de organische stoffen uit het afvalwater kunnen gebruiken als energiebron, waarbij elektronen worden vrijgemaakt, wordt er stroom geproduceerd én worden de verontreinigende stoffen uit het afvalwater gefilterd [17].

Planten gebruiken fosfor, stikstof en kalium als een voedingsbron om te kunnen groeien [18]. Vaak is er genoeg fosfor aanwezig in de grond of in afvalwater en komen planten eerder tekort aan fosfor dan dat er te veel fosfor aanwezig is. Wanneer er wel te veel fosfor in de bodem zit, hebben planten moeite met het opnemen van spoorelementen. Planten hebben ook kalium nodig voor de groei. Te weinig of te veel kalium daarentegen kan schadelijk zijn voor de plant. Aan de plant is te zien of hij te weinig kalium tot zijn beschikking heeft door het bruin worden van de bladeren of dat de bladeren van de plant af vallen. Een te veel aan kalium is te zien doordat de plant niet goed meer groeit. Stikstof helpt de plant bij het uitvoeren van fotosynthese. Het komt vaker voor dat er stikstof moet worden toegevoegd aan de plant dan dat er te veel stikstof is voor de plant [19]. Zware metalen kunnen door planten worden opgenomen. Een te veel aan zware metalen heeft echter een toxische werking op de planten [20].

Voor de plant geldt dat de stoffen uit afvalwater gebruikt kunnen worden als voedingsbron, maar dat een te veel aan deze stoffen schadelijk kan zijn.