Grip krijgen op de immense hoeveelheden CO₂ die ieder jaar worden uitgestoten heeft wereldwijd de hoogste prioriteit voor wetenschappers en ingenieurs. Verschillende strategieën worden ontplooid, van het voorkomen de vorming van CO₂ door processen en grondstoffen te vervangen tot het afvangen van CO₂ en dat als grondstof inzetten om weer nieuwe moleculaire bouwstenen te produceren. Dat kan via chemische routes, maar tot dusver blijkt dat verre van triviaal te zijn.  

Er is echter ook een andere manier en die verloopt via een biologische route. Dat is waar de biotech-pioniers van het Amerikaanse LanzaTech op inzetten. ‘Biologie heeft miljarden jaren ervaring met het vastleggen van koolstof’, zegt Michael Köpke, chief innovation officer bij LanzaTech. Zij benutten deze vaardigheid in hun innovatieve bioreactoren. ‘We vangen koolstofuitstoot en gebruiken die gasvormige afvalstromen als voeding voor onze micro-organismen die dit via fermentatie omzetten in nieuwe chemische bouwstenen.’ Het gaat hier dan niet om de traditionele E. coli of bakkersgist, maar om zogeheten acetogenen; anaerobe bacteriën die goed gedijen op CO₂, CO, H₂ of mengsels daarvan.  

Robuust

Het had wel wat voeten in de aarde om deze organismen zover te krijgen dat ze heel selectief de gewenste producten in hoge opbrengsten afleveren, zegt Köpke die zelf al vijftien jaar bij het bedrijf hieraan werkt. ‘We hebben veel werk moeten verzetten op het gebied van genetic en metabolic engineering, synthetische biologie, procesontwikkeling en pathway optimalisatie. Ik heb zelf het hele traject van de eerste labresultaten en de verschillende stadia van opschaling doorlopen om te komen waar we nu zijn: zes commerciële plants die samen 300.000 ton product genereren waarvoor 0,5 megaton CO₂ is gebruikt dat anders de atmosfeer was ingeblazen.’ Voorbeelden van deze producten zijn ethanol, aceton, isopropanol en monoethyleenglycol; allemaal belangrijke bouwstenen voor de chemische industrie.  

Deze commerciële plants waar Köpke naar verwijst, zijn allemaal gekoppeld aan bestaande operaties van andere bedrijven, zoals bij de plant van staalgigant ArcelorMittal in Gent. ‘Hier hebben een bioreactor geïnstalleerd die de uitgestoten koolstofoxiden van de productiesite afvangt en inzet als basis voor nieuwe, chemisch relevante producten.’ Vraagt dat niet om een vorm van zuivering voordat het de bioreactor ingaat? Deze gasstromen zijn niet bepaald puur. ‘Dat is een van de grote voordelen van inzetten van biologie’, aldus Köpke. ‘Biologie is heel robuust, levende systemen zijn goed in staat om op wisselende condities te reageren en zijn geëvolueerd om met vervuilingen om te gaan.’  

Decarboniseren

Ondertussen lijkt het einde van het productrepertoire dat LanzaTech uit de acetogenen weet te persen nog niet in zicht. ‘Onze strategische focus ligt op C2,3,4,5 blokken, maar we hebben inmiddels proof-of-concept laten zien voor meer dan honderd bouwstenen. Biologie is ontzettend goed in het omzetten van een chaotische input naar een specifieke output.’  

Maar in hoeverre kan biologie de enorme problemen oplossen waar we voor staan? ‘We moeten naar gigatonnen aan CO₂ afvang en hergebruik, dat staat buiten kijf’, zegt Köpke. ‘Uiteraard kunnen wij niet het hele probleem oplossen. Wij denken dat onze technologie een belangrijk stukje van de puzzel levert en vooral relevant is voor die sectoren die heel moeilijk te decarboniseren zijn, zoals de staalindustrie of de productie van cement en beton of een sector als de luchtvaarindustrie.’  

Nog even een vooruitblik naar ECB 2024. Voor Köpke draait het om partnerships, die zijn voor LanzaTech altijd belangrijk geweest en dat zijn ze nog steeds. ‘Toen wij begonnen met die acetogenen moesten we genetische tools ontwikkelen en onze kennis op peil krijgen en daarvoor hadden we anderen nodig. En dat geldt nog steeds. Gist en E. coli zijn uitgebreid bestudeerd, maar voor niet-traditionele platformen is nog heel veel onderzoek nodig. Deelname aan ECB kan wellicht leiden naar nieuwe samenwerkingen om deze platformen verder te ontwikkelen.’