Zoek de bacterie en zet ‘m aan het werk

De kamer van microbioloog prof.dr.ir. Mike Jetten in het Huygensgebouw van de
Radboud Universiteit Nijmegen is minimalistisch ingericht. Op het verder lege bureau een computer, een eveneens lege vergadertafel, de archiefkast gesloten, in de hoek een onderhoudsvriendelijke plant. We spreken Jetten over het ANAMMOX-project, waarin hij met steun van STW de bacterie die het schadelijke ammonium in afvalwater omzet in onschadelijk stikstofgas en water, ophoopte en opkweekte.
We gaan zitten. ‘Een mooi licht en ruim gebouw,’ merkt de interviewer op.
Jetten schudt zijn hoofd. ‘Dat zullen de mensen hier beide niet met je eens zijn. Het is kleiner en donkerder dan het vorige gebouw.’ Probleem blijken de schuine groene zonnekleppen te zijn, waardoor er inderdaad niet veel daglicht binnenkomt. Laten we het maar over de bacterie gaan hebben.

De geschiedenis van ANAMMOX

Door EU-milieuwetgeving is stikstofverwijdering belangrijk bij de zuivering van afvalwater. Het Anammox-proces (ANaerobe AMMoniuM OXidatie) doet dat met bacteriën. Die zetten anaeroob (= zuurstofloos) ammonium (een ongewenste vorm van stikstof) om in proceswater met behulp van nitriet (een andere ongewenste vorm van stikstof), waarbij stikstofgas en water als producten vrij komen. Het proces heeft weinig zuurstof nodig, produceert weinig overtollig slib en de bacteriën hebben geen ‘energiebron’ (methanol) nodig, wat aanzienlijk kosten bespaart.
Jetten en collega’s ontdekten in de jaren ’90 bij TU Delft de Anammox bacterie. In een vervolgproject met Gist-brocades karakteriseerde hij de bacterie en maakte hem geschikt voor industriële toepassing. Parallel aan dit project is samen met STOWA (het kenniscentrum van de regionale waterbeheerders in Nederland) in een pilotproject gekeken naar de toepasbaarheid van de Anammox-technologie voor de zuivering van huishoudelijk afvalwater. Eind 1999 kwam een overeenkomst tot stand met Paques in het Friese Balk, waarin de rechten op het Anammox-proces aan Paques werden gegund.
Hierna heeft het bedrijf met EU-subsidie en in samenwerking met universiteiten in Gent, Birmingham en Aarhus én het Waterschap Hollandse Delta een 70 m3 (pilot)reactor opgestart bij de afvalwaterzuivering Dokhaven in Rotterdam, die nu op volle capaciteit opereert. Daarna heeft Paques twee reactoren in Nederland, één in Japan, één in Japan en twee in China gebouwd.

Anammox gaat ver terug?

Jetten: ‘In 1985 werd al bij Gist-brocades ontdekt dat de omzetting van ammonium naar stikstofgas en water bacteriologisch was, maar ze konden nog niet aantonen welke bacterie dat deed. Daar begonnen wij dus mee. De eerste twee mensen die dat gingen uitzoeken, hebben wel geploeterd. Pas in 1998 definieerden we die Anammox-bacterie op een STW-project en konden we ons meest geciteerde paper schrijven. In 1999 werd dat gepubliceerd in Nature.’

Dat bacteriologische proces was een nieuw inzicht?

Jetten met lichte afschuw: ‘Het geloof was dat ammonia niet anaeroob, dus zonder
zuurstof, afgebroken werd. Maar als je vasthoudend genoeg bent, lukt het om met
voldoende mensen te gaan zoeken en een kritische massa te krijgen. Dat deden wij met ons onderzoek. En dan zie je het per dag beter worden.’

U hebt wel wat hobbels moeten overwinnen

Beslist: ‘Het was niet altijd makkelijk, maar we slaagden er wel in steeds de goede stappen te maken. Goed reflectiepunt waren trouwens de voortgangsrapporten die we voor STW maakten. Voor de gebruikers moet je het samenvatten en wat eenmaal is opgeschreven, loopt nooit meer weg. Het omslagpunt kwam in 1998 met Paques, een bedrijf dat installaties voor afvalwaterzuivering bouwt voor onder andere de industrie. Samen met de Grontmij en STOWA zat dat bedrijf in de gebruikerscommissie en zij zorgden ervoor dat een pilotplant werd gebouwd. Dat was een moedige stap van Paques.’

Dixi-toiletten

Geamuseerd: ‘Die pilotplant had problemen die niemand had kunnen voorzien. Zuurstoflekkage en bevroren pijpen omdat de winter extreem streng was. Op dat moment is het wel even vloeken. Ook was er het incident met de chemische toiletten. Iemand meende dat het handig was om 500 Dixi-toiletten in de installatie te gooien. Dat is voor niemand lekker. Maar uiteindelijk werd de pilotplant goed stabiel.’

Snel in China
Paques heeft inmiddels in Nederland twee andere installaties gebouwd. In Olburgenen en Lichtenvoorde. Jetten: ‘Die doen het goed. Ook in China is Paques actief. Met de kennis die we opgedaan hebben, kunnen ze nu veel sneller werken. De installatie in Rotterdam werd in twee jaar opgestart; die in China in twee maanden.’

Hoe ervaart Paques de samenwerking?

Paques vindt de samenwerking met Nijmegen en Delft zeer goed. Nadat Paques de licentie op de Anammox-technologie had genomen, heeft er een intensieve kennisoverdracht plaatsgevonden. Vervolgens zijn de universiteiten voortdurend betrokken bij de opschaling van de technologie. De goede samenwerking heeft een belangrijke rol gespeeld bij de succesvolle implementatie in de praktijk.
Dit heeft ook weer geleid tot volgende samenwerkingsprojecten. Deze wisselwerking is heel belangrijk voor Paques, de nieuwste ontwikkelingen van de technologie kunnen worden vertaald naar de praktijk. Hierdoor blijft het bedrijf voorop lopen. Voor de universiteiten is het ook interessant, zij krijgen terugkoppeling van de werking in de praktijk.

Waar gaat uw huidige onderzoek over?

Enthousiast: ‘In 2008 kreeg ik een ERC Advanced Grant van 2,5 miljoen, erg eervol. We kunnen nu de genomen en adaptatie van Anammox ophelderen met een heleboel jonge mensen.Vragen beantwoorden als: waarom groeit de Anammox-bacterie zo langzaam? We kijken ook in onze achtertuin, de aarde. Ook daar zet Anammox stikstof om. Verder bekijken we exotische systemen zoals vulkanen. Of de menselijke darmsystemen. Met zo’n subsidie kun je dingen doen waarvan je anders alleen kunt dromen.’

En de toekomst?

Tevreden: ‘Het EU-project begint net, het loopt nog drie jaar. Hier zijn we voorlopig
nog wel mee bezig. Ik moet nu al nee zeggen. We hebben 40 mensen werken in het lab, dat is het maximum. Op het moment dat mensen op elkaars tenen gaan trappen, gaat het mis. Maar aan mensen en onderwerpen hebben we geen gebrek.’

Publicatie in Nature

Het onderzoek leverde een nieuwe publicatie op in Nature op 24 maart 2010. In dat artikel melden microbiologen van de Radboud Universiteit dat ze een aan Anammox verwante bacterie hebben gevonden: de Methylomirabilis oxyfera. Deze bacterie leeft in de bodem van het Twentekanaal en in modder uit de Ooijpolder. Inmiddels is hij door andere onderzoekers ook in Australische zoetwaterbodems aangetroffen. Het unieke aan deze M. oxyfera is dat die zelf zuurstof kan maken. Mogelijk dat M. oxyfera ook voor de waterzuivering toegepast kan worden. Dit wordt samen met Wageningen Universiteit en Research in een ander STW-project uitgezocht.