Terug naar de vorige index

De gekronkelde lijnen geven
de waterstroming aan die ontstaat als de bacterie zich richting de pool beweegt
(elektronenmicroscopische opname).


Magnetotactisme tegen de energie-crisis

door Bjorn Angerra


Eerder berichtte het Van Meegeren Genootschap over het perpetuum mobile van Ir. Bertold Uhse (zie het artikel ďEen eerste perpetuum mobileĒ door Dr. D. ten Zijl elders op deze site). Niet lang na de publicatie van dit artikel werd het Genootschap gemaild door Prof. Dr. Kalaallit Nunaat van de Technische Universiteit van Nuuk (Groenland). Professor Nunaat schreef dat zijn Universiteit kortgeleden een revolutionair experiment is gestart, dat er uiteindelijk toe zal leiden dat het wereldwijde energieprobleem voor een groot deel zal verdwijnen. Net als bij het perpetuum mobile van Uhse wordt in dit experiment gebruik gemaakt van magnetisme. Er wordt echter niet gebruik gemaakt van dure ijzeren balletjes en disruptors, maar van een natuurlijke, dus gratis energiebron: magnetotactische bacteriŽn.

Magnetotactische bacterie.
Het geomagnetisch dipoolveld staat met zijn as 11,3į
 gekanteld ten opzichte van de aardas (Bron: Wikipedia) Magnetotactische bacteriŽn en het aardmagnetisch veld
Magnetotactische bacteriŽn maken gebruik van het magnetisch veld van de aarde. Zoals bekend lopen er vele magnetische veldlijnen van de noord- naar de Zuidpool. En andersom natuurlijk, omdat anders het magnetisch evenwicht op aarde verstoord zou raken. Dit veld is waarschijnlijk ontstaan door de stroming van magnetische mineralen en elementen in de aardkern. Postduiven gebruiken het veld om hun weg naar huis te vinden, door met behulp van minuscule aluminiumpartikels in hun snavelpunt de veldlijnen te detecteren. Het kompas is een menselijke vinding die op het aardmagnetisch veld is gebaseerd: het kleine stukje metaal op de punt van het kompas wordt aangetrokken door de noord- danwel Zuidpool, en de kompasnaald wijst dan ook constant naar ťťn van deze polen. Al naar gelang de eigenaar van het kompas zich op het noordelijk danwel zuidelijk halfrond bevindt, wijst de naald naar het noorden of het zuiden.

Ook op kleinere schaal wordt gebruik gemaakt van het aardmagnetisch veld: magnetotactische bacteriŽn profiteren ervan door zich via de veldlijnen richting de noord- danwel de Zuidpool te laten (aan)trekken. Magnetotactische bacteriŽn zijn pas in 1975 ontdekt door de Amerikaanse onderzoeker Ritchie Blackmore. De reden voor deze late ontdekking is dat magnetotactische bacteriŽn weliswaar in grote aantallen in de oceanen voorkomen, maar zeer slecht te kweken zijn in een laboratorium.

Hoe doen ze het?
De eerste magnetotactische bacterie die in een laboratorium uit zeewater werd geÔsoleerd, werd Magnetosomonas ferro-oxydatus genoemd. Na de isolatie van M.ferro-oxydatus volgde een lange periode van onderzoek aan het metabolisme (of in dit geval magnebolisme) van de bacterie. Lang bleef onduidelijk hoe de bacterie gebruik kon maken van het aardmagnetisch veld, maar in 1976 werd dit dan toch opgehelderd. M.ferro-oxydatus blijkt grote hoeveelheden magnetiet, Fe3O4, op te slaan in zogenaamde magnetosomen. Dit zijn gespecialiseerde opslagzakjes in de bacteriecel. De hoeveelheid magnetiet kan soms wel 178 % van de totale massa van de bacteriecel beslaan. Prachtig symmetrisch gestapelde magnetiet-kristallen Zoals de chemische formule laat zien, bevat magnetiet een groot percentage ijzer (chemisch symbool Fe) en daardoor reageert het op het aardmagnetisch veld -eigenlijk net als de naald van een kompas. Hoe de bacteriŽn het magnetiet kunnen aanmaken, is een raadsel dat nog geen enkele onderzoeker heeft kunnen ontrafelen. De Fe3O4-kristallen moeten namelijk perfect symmetrisch worden gestapeld. Een verkeerde stapeling leidt tot de vorming van F4Oe3, oftewel erroriet, dat helemaal geen ijzer bevat en dus niet gevoelig is voor magnetische velden. Bovendien is er sprake van een zeer delicaat massa-evenwicht: maakt de bacterie te weinig magnetiet dan is de aantrekking door de pool te klein en komt hij (of zij) niet vooruit; als er teveel magnetiet wordt opgeslagen, dan wordt de soortelijke dichtheid van de bacterie te groot. De bacterie zinkt dan.

Het Experiment: toepassing voor energie-opwekking
Ir. Siumut Kattusseqatigiit, een Groenlandse vrijdenker van Inuit-afkomst die losjes verbonden is aan de TU van Nuuk, kwam een paar jaar geleden op het idee om magnetotactische bacteriŽn te gebruiken voor energie-opwekking. Immers, beweging is een vorm van energie Ėom precies te zijn kinetische energie- en beweging is om te zetten in elektricteit (zie de windmolen). Is nu de beweging gratis, zoals in het geval van de magnetotactische bacteriŽn, dan is in principe ook de elektriciteit gratis. Dit principe is door Kattusseqatigiit vertaald in een experiment.

Eerst heeft hij een grote reincultuur gekweekt van M.ferro-oxydatus. Dit was in het begin zeer tijdrovend, totdat werd ontdekt dat de groei kon worden versneld door spinazie-extract aan het agar-medium toe te voegen (spinazie is zoals bekend een bron van ijzer, essentieel voor de vorming van magnetiet). Dit resulteerde in een reincultuur met een volume van ca. 1000 liter, met een celdichtheid van ongeveer 100 miljoen bacteriŽn per milliliter. Dit lijkt veel, maar in de microbiologie is dat een zeer Ďbescheidení reincultuur. Door middel van centrifugeren kon weliswaar een grotere celdichtheid worden verkregen, maar de g-krachten in de centrifuge zorgden voor het openbreken van de tere magnetosomen. Dit ging ten koste van het aantal actieve bacteriŽn.

Vervolgens werd de reincultuur overgegoten in een kunststof zak. Er is voor een zeer lichte kunststofsoort gekozen, te weten ULDPE (Ultra Low Density Poly Ethylene). Een zware zak zou het risico met zich meebrengen dat de bacteriŽn zouden zinken, en bovendien zou een zware zak teveel energieverlies veroorzaken. De volgende stap in het experiment was namelijk het in zee laten zakken van de ULDPE-zak. De bacteriŽn voelen zich onmiddellijk zeer sterk aangetrokken door de dichtstbijzijnde pool, in dit geval de Noordpool. Doordat de bacteriŽn zo sterk door de pool worden aangetrokken, duwen ze als het ware tegen de zak aan waardoor deze zich met een zeer grote snelheid door het water richting de Noordpool gaat bewegen. Naarmate de zak de Noordpool nadert, zal de aantrekkingskracht van de magnetische pool steeds groter worden en dus zal de snelheid van de zak ook steeds groter worden. De snelheid zal uiteindelijk zelfs zo groot worden, dat de zak onder de Noordpool door zal schieten en deze zal passeren. Op dat moment Ďziení de magnetosomen aan de voorkant van de bacteriŽn de Zuidpool voor zich, waarna de zak begint aan een lange reis van noord naar zuid. Bij de Zuidpool herhaalt zich dit proces en reist de zak terug van zuid naar noord, enzovoorts. Door de constante aanwezigheid van het aardmagnetisch veld kan deze reis in principe eindeloos door blijven gaan. [NB Dit lijkt een perpetuum mobile, maar strikt genomen is dat het niet. Er moet immers energie gestopt worden in het kweken van de bacteriŽn, en in het fabriceren en te water laten van de zak. Het zou natuurlijk te mooi zijn om waar te zijn Ėnoot van de Weetnet-redactie]

Onderwater-opname van de ULDPE-zak met magnetotactische bacteriŽn,
die zich snel door het hemelsblauwe Groenlands poolwater voortbeweegt
(foto verstrekt door prof. dr. Kalaallit Nunaat, TU Nuuk, Groenland). Veelbelovende eerste resultaten
De eerste zak werd op 4 december 2008 officieel te water gelaten door kroonprins Frederik van Denemarken, waar Groenland onderdeel van is. De zak van de prins is op dit moment onderweg naar de Noordpool en wordt gevolgd door een speedboot vol met meetapparatuur en het onderzoeksteam van prof. Nunaat en ir. Kattusseqatigiit.

Er is reeds geconstateerd dat de snelle voortbeweging van de zak zeer grote draaikolken (eddies) veroorzaakt in het zakzog. Zoals gezegd is beweging om te zetten in elektriciteit. Het is dan ook de verwachting dat grootschalige toepassing van dit principe het wereldenergieprobleem sterk zal verminderen. De onderzoekers moeten nu alleen nog uitzoeken hoe ze de kinetische energie in de draaikolken kunnen omzetten in elektriciteit.


---einde(12-05-2011)---

Terug naar de vorige index