Samenvatting

Er worden vele alternatieven gezocht voor het gebruik van fossiele brandstoffen voor de generatie van energie. Door het gebruik van fossiele brandstoffen, wordt het broeikaseffect versterkt. Daarnaast zijn fossiele brandstoffen ook eindige bronnen. De meest bekende duurzame energiebronnen zijn zonne- en windenergie. Daarnaast zijn er echter ook nog andere mogelijkheden, die mogelijk niet de nadelen hebben zoals de bekende horizonvervuiling. Om aan onze energievraag in Nederland te kunnen voldoen met duurzame energie, is het noodzakelijk dat er alternatieven komen die (in combinatie) kunnen zorgen om op grote schaal aan deze vraag te voldoen. De plant microbial fuel cell (PMFC) kan een rol spelen in het opwekken van duurzame energie. Er is veel onderzoek gedaan naar het gebruik van de PMFC, maar tot nu toe is het nog steeds niet mogelijk geworden om het te gebruiken op grote schaal. Dit komt met name door te lage energieopbrengst tegenover het gebruik van grote oppervlaktes.

Het doel van dit literatuuronderzoek is het onderzoeken van de mogelijkheden van het gebruik van de PMFC in Nederland op het gebied van duurzaamheid en energieopbrengst. De onderzoeksvraag volgt: ‘Op welke manier kan de PMFC in Nederland op een zo duurzaam mogelijke manier gebruikt worden, met het oog op voldoende energieopbrengst?’ Binnen deze hoofdvraag wordt er in deelvragen onderzocht wat de effecten zijn van de verschillende onderdelen binnen de PMFC. Hieruit zal een advies volgen aan de Nederlandse Overheid.

Dit onderzoek is een literatuuronderzoek waarin er gebruik is gemaakt van eerdere onderzoeken over de PMFC (binnen Nederland). Daarnaast is er ook een interview afgelegd met Pim de Jager, onderzoeker op Universiteit Wageningen en daarnaast werkzaam bij Plant-e. Plant-e is op zoek om onderontwikkelde gebieden van elektriciteit te voorzien door gebruik van de PMFC [1]. Er is een resultatenanalyse gedaan van een van de onderzoeken over de PMFC en er is een protocol opgesteld voor het maken van de PMFC-opstelling van dit betreffende onderzoek. Vervolgens is er ook een kennisclip gemaakt waarin wordt getoond hoe men zelf een PMFC thuis zou kunnen maken.

De deelvragen gaan over de opzet van de PMFC, het gebruik van de plant, de bodem, de bacteriën en het gebruik van afvalwater. Daarnaast wordt er gekeken naar de mogelijke locaties en de elektriciteitsopbrengst. In de opzet van de PMFC kan er worden gekozen voor een biokathode en voor een biochar-anode tegenover een koolstofmat. Beide zijn duurzaam en geven goede resultaten wat betreft energieopbrengst. Het gebruik van een tubular ontwerp door gebruik te maken van een buis met de anode aan de buitenzijde en de kathode aan de binnenzijde, is een goede oplossing doordat er geen horizonvervuiling ontstaat en het een goede energieopbrengst levert. Een mogelijk duurzaam membraan zou een waterdoorlatend (geweven) landschapsweefsel kunnen zijn. Voor de keuze van de plant lijkt *Spartina Anglica* een goede keuze. Deze plant komt veel voor in Nederland en groeit in zachte grond en kan ook tegen licht zout water, uit onderzoek blijkt dat deze plant tot nu toe de hoogste energieopbrengst levert. Het gebruik van een bodem is een goede optie om water en voedingsstoffen vast te houden. Voor de bodem kan gebruik worden gemaakt van (een combinatie van) mest en verrijkte grond. Dit wordt op een duurzame manier hergebruikt en er wordt bijgedragen aan het stikstof- en fosfaatprobleem in Nederland. Voor de bacteriën kan gekozen worden voor een gemengde bacteriecultuur, omdat deze meer elektriciteit opbrengen. Dit is in de praktijk ook makkelijker, omdat er niet steriel gewerkt hoeft te worden. Belangrijk is om te zorgen voor een voldoende anaerobe omgeving, zodat aerobe bacteriën niet gaan groeien. Ten slotte is het gebruik van afvalwater in de PMFC een goede optie in Nederland. Er zit veel potentiële energie in ons afvalwater, wat gebruikt kan worden om elektriciteit op te wekken. Daarnaast wordt het afvalwater gefilterd en worden stoffen als nitraat en fosfaat hergebruikt door de plant. De gemiddelde energie die tot nu toe met de PMFC kan worden opgewekt is 50±25 mW m-2.

Discussiepunten in dit onderzoek zijn de seizoenen in Nederland en de energieopbrengst. Door de wisselende seizoenen is het vrijwel onmogelijk om stroom op te wekken in de wintermaanden in Nederland. Er zou gekeken kunnen worden naar het ‘opslaan’ van de energie, zodat het verbruik van energie gespreid kan worden over het hele jaar. Daarnaast is de energieopbrengst van de PMFC nog niet groot genoeg voor het gebruik als grote energieleverancier. Echter is het wel een mooi uitgangspunt om de PMFC te gebruiken voor het zuiveren van afvalwater op groendaken of in de waterzuiveringsinstallatie, om van een bestaand proces energie op te kunnen wekken. Ten slotte is het ook een mogelijkheid om de PMFC op afgelegen plekken (zonder elektriciteit) te gebruiken als bijvoorbeeld een biosensor.

Als advies willen wij meegeven dat de PMFC gezien kan worden als een energiebron door het zuiveren van afvalwater of door het gebruik van groendaken. Er kan voor een zeer groot deel gebruik worden gemaakt van duurzame onderdelen, zonder veel in te leveren op de energieopbrengst. De gemiddelde energieopbrengst met het gebruik van de plant *Spartina Anglica* zal neerkomen op 50±25 mW m-2.

Aanbevelingen voor vervolgonderzoek zijn onderzoek doen naar de rol van de PMFC in methaanreductie, oplossingen voor het effect van de seizoenen op de energieopbrengst, het gebruik van de PMFC als biosensor, onderzoek naar de effecten van medicijnresten uit het afvalwater op de bacteriën en planten, de zuurstofuitstoot van planten via de wortels en het gebruik van de PMFC buiten Nederland (in tropisch klimaat).

 Bronnen van overig genoemde feiten worden verwezen op pagina's zelf