De methaanconcentratie in de atmosfeer neemt ieder jaar toe, afgelopen jaar zelfs sneller dan ooit tevoren. Het is nog vrij onduidelijk waar die uitstoot precies vandaan komt. In verstedelijkte gebieden blijkt de methaanuitstoot door menselijke activiteit groter te zijn en vooral stadswater komt steeds meer in zicht als belangrijke bron van methaan. Hoe meer verstedelijking rondom een gracht of kanaal, hoe hoger de concentratie opgelost methaan in het oppervlaktewater, en dus hoe hoger de methaanuitstoot. Maar welk proces zit er achter?

Koen Pelsma, biotechnologisch ingenieur en promovendus aan de Radboud Universiteit, onderzoekt de microbiologie achter broeikasgassen uit wateren. Hij bestudeerde de methaancyclus in het stadswater van Amsterdam. Dit water wordt al intensief gemonitord op directe gezondheidsparameters, maar methaanuitstoot valt daar niet onder. ‘Niemand had dat nog gedaan en Amsterdam is oud. Je hebt echt een systeem dat al eeuwen een stad is’, licht Pelsma toe.

In plaats van ecologisch (macroschaal) pakten Pelsma en collega’s het microbiologisch (microschaal) aan. Ze namen met een schep bodemmonsters van een aantal grachten, brachten deze onder anaerobe condities en volgden hoeveel methaan er uit ongeveer 10 g grachtenbodem kwam. Daarnaast namen ze monsters van het oppervlaktewater en maten ter plekke de methaanconcentraties.

Vier van de vijf grachten waren inderdaad oververzadigd met methaan, maar er kwamen geen meetbare hoeveelheden methaan uit de bodem. Wanneer Pelsma echter voedsel voor micro-organismen die methaan produceren (methanol en azijnzuur) toevoegde, kwam er wél methaan uit de bodem. Dit wijst op actieve maar substraat-gelimiteerde methanogene bacteriën. ‘Die microben waren wel aanwezig en produceren ondanks de limitatie methaan in de gracht, anders was het water niet oververzadigd. Waarschijnlijk komt dat uit de lagen waar ik niet bij kwam met mijn schep.’

Slijmlaag

Het mooiste resultaat vond Pelsma de bacteriën die hij in de slijmlaag op de grachtenwand vond. Met behulp van metagenoomanalyse toonde het team aan dat er methanotrofe bacteriën in die laag leven. Pelsma: ‘Het is slechts 1% van de echte slijmlaag, maar ze eten wel actief methaan op en hebben dus een dempend effect op de methaanuitstoot.’

Pelsma had verwacht dat de grachten extreem vervuild zouden zijn, maar dat viel uiteindelijk mee: de chemische waterparameters waren niet alarmerend hoog of laag en vielen allemaal binnen de grenswaarden voor oppervlaktewatervervuiling van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. ‘Je verwacht een supersmerige mega-uitstoter’, zegt Pelsma. ‘Maar uiteindelijk staan we honderd dagen hetzelfde potje te meten omdat je maar niet kunt geloven dat er geen methaanuitstoot was. De methanogenen zitten er wel en hebben de benodigde capaciteit, maar directe productie was heel lastig aan te tonen.’

Ook de zuurstofconcentratie in de grachten was ruim voldoende: vissen zouden in de hele waterkolom kunnen ademen. Het watersysteem in Amsterdam lijkt net iets anders te functioneren dan systemen in het buitenland. ‘Ik denk dat dat te maken heeft met de manier waarop wij ons oppervlaktewater zuiveren. Het riool is volledig losgekoppeld van de grachten en je ziet in de stad niet meer zoveel vervuiling.’

Pelsma publiceerde zijn bevindingen tot nu toe in Environmental Microbiology en won op 5 april zelfs de KNVM Kiem Award voor beste eerste publicatie, maar hij heeft nog veel vragen. ‘Ik had gehoopt dat we direct een duidelijk beeld kregen van hoe het allemaal werkt, maar we zijn er nog steeds niet achter wat de grootste bron is. Waarom is het water oververzadigd met methaan?’

‘Bacteriën lijken soms ook een slecht humeur te hebben’

Spectroscoop in een koffer

Inmiddels heeft Pelsma zijn meetmethode aangescherpt. Hij gebruikt nu een afgesloten meetkamer die op het water drijft en een ultra-portable greenhouse gas analyser (een spectroscoop in een koffer) die steeds de hoeveelheid methaan in de kamer meet. Daarnaast gaat hij letterlijk de diepte in. In plaats van een provisorische schop neemt hij met kleine perspex buizen 40 cm aan grachtenbodem en kijkt of er dieper in de bodem meer of minder methaan wordt geproduceerd.

Op dit moment komt zijn grootste vraag voort uit de metagenoomanalyse. Ze vonden zowel aerobe als anaerobe methanotrofen en Pelsma zou graag willen weten hoe snel die methaan consumeren. Hij nam al monsters in Zwolle en binnenkort gaat hij kijken of hij dezelfde bacteriën ook in Delft en Utrecht kan vinden. ‘Veldwerk is iedere keer een gok. Ik heb geen invloed op wat de microben doen. Bacteriën lijken soms ook een slecht humeur te hebben.’