VUB-masterstudenten ontwikkelen een biologische waterverzachter met bacteriën

Hard water, en de kalkaanslag die er het gevolg van is, het is voor gebruikers van toestellen waar op de een of andere manier water in wordt verwarmd een gesel. Een groep van zeven eerste masterstudenten van de opleiding Bio-ingenieurswetenschappen van de VUB ging in de natuur kijken hoe organismen die kalk uit de omgeving halen en er nuttige dingen mee doen. Ze kopieerden het procedé en maakten een eiwitvezel die op een gelijkaardige manier de kalksteen verwijdert. Eind oktober mogen ze hun project voorstellen in Parijs op het jaarlijkse hoogtepunt van de prestigieuze IGEM-competitie.

Kalkaanslag in verwarmingstoestellen, vaatwassers en wasmachines veroorzaakt jaarlijks voor miljoenen schade. Door te hard water en afzetting van calciumcarbonaat in de warmtewisselaars verliezen de toestellen een serieus deel van hun rendement of gaan ze vroeger stuk dan nodig. Klassiek wordt dat probleem aangepakt met waterverzachters die met ionenwisselaars het calcium uit het water halen, waarin het vervangen wordt door natrium. Het proces is efficiënt, maar kost flink wat aan basisproducten, met name zout pellets die het natrium bevatten. Het is bovendien belastend voor het milieu, omdat het natrium in het water naderhand het milieu extra belast met zout.

De masterstudenten van de VUB vonden dat dat beter kon en zochten inspiratie in de natuur. Eerst kwamen ze uit bij de kip want ook in kippen vindt een gelijkaardig proces plaats en wordt kalk uit de voeding gehaald op het moment dat er een ei wordt gemaakt. “Er zijn tal van voorbeelden in de natuur waar zo’n proces plaatsvindt”, zegt Vita Cooman, één van de betrokken studenten. “Eierleggende organismen, koralen, schelpdieren… Uiteindelijk kwamen we uit bij negentien kandidaten waarvan de zakspons het haalde, een zeedier dat een soort skelet van kleine buisjes produceert, opgebouwd uit calciumcarbonaat.”

“We gingen op zoek naar de eiwitten die verantwoordelijk zijn voor die biomineralisatie”, zegt collega-student Jonas Noé. “Dan moesten we de eiwitten isoleren die verantwoordelijk waren voor dat proces.”

Vervolgens moesten die eiwitten in grote hoeveelheden geproduceerd worden, een expertise die eerder op punt werd gesteld in de onderzoeksgroep Structural Biology Brussels van professor Han Remaut. Daar worden bacteriën genetisch zo geprogrammeerd dat ze massaal eiwitvezels gaan maken die heel stabiel zijn en gemakkelijk gezuiverd kunnen worden. De studenten gingen verder sleutelen aande vezels, zodat deze een fusie vormen met de biomineralisatie-eiwitten. ​ “Die aangepaste vezels binden het calciumcarbonaat in hard water, vlokken uit, en zorgen zo voor zachter water”, aldus Cooman. “De eiwitvezels zijn volledig bio-afbreekbaar, zodat de uitgevlokte kalkverbindingen als kalkmest gebruikt kunnen worden in de landbouw.”

“Ons biologisch ontkalkingsmiddel werkt goed bij hoge concentraties kalk en kan zeer hard water tot op een redelijk niveau ontkalken”, zegt Noé. “Het kan nog beter als de temperatuur van het water omhoog gaat of als we sleutelen aan de zuurtegraad van het water. Ook daar geven bacteriële processen inspiratie, maar die verbeteringen moeten we nog op punt stellen.” Om de zaak operationeel te maken moet ook de stap worden gezet van het labo naar een commerciële context.

Het concept past wonderwel in de projectomschrijving van de IGEM-competitie: ga aan de slag in het domein van de synthetische biologie en maak iets waar mens, maatschappij en milieu beter van worden. De studenten hebben becijferd dat er alleen al in de Brusselse gemeente Etterbeek, jaarlijks bijna 570 ton zout nodig is om het water te ontkalken. Los van de milieu-impact betekent dat ook een gezeul met zakken zout voor de ontkalker en een aanzienlijke kost die, als je het probleem bij de bron aanpakt bij de grote waterbedrijven, substantieel gereduceerd kan worden.

Meer info

Vita Cooman: +32 474 18 29 70

Jonas Noé: +32 496 37 84 84

https://2022.igem.wiki/bio-brussels/index.html