Duurzaam dankzij microben

“De schimmeljurk heb ik hier niet hangen, die vind je in het Universiteitsmuseum. Maar dit is wel het materiaal waarvan het gemaakt is.” De tafel van Han Wösten, hoogleraar microbiologie aan de Universiteit Utrecht, ligt vol met witte en bruine lappen, planken en blokken; allemaal duurzame materialen gemaakt van of met behulp van schimmels. “Die jurk hebben we een paar jaar geleden gemaakt van schimmels die we kweekten in ronde petrischaaltjes, vandaar dat de stof uit allemaal rondjes bestaat. Katoen is enorm vervuilend, dus als we op deze manier textiel kunnen maken, zou dat zeer welkom zijn.”

Wösten is programmaleider van de masteropleiding Bio-inspired Innovation van de Universiteit Utrecht, die zich richt op oplossingen voor duurzaamheidsvraagstukken die de natuur aandraagt. Daarbij wordt zeker ook gekeken naar de allerkleinste organismen, de zogenoemde micro-organismen of microben, zoals schimmels en bacteriën. Wösten wil van schimmels duurzame alternatieven voor milieubelastende materialen maken. Collega Roeland Berendsen draagt met behulp van schimmels en bacteriën bij aan duurzame landbouw.

Schimmelfabriek

Het gebruik van schimmels in de industrie is niet nieuw, benadrukt de hoogleraar. Grote bedrijven als DSM, Dupont en Novum kweken ze op grote schaal. “Dat gebeurt voor productie van penicilline, maar er worden met behulp van schimmels ook enzymen geproduceerd voor bijvoorbeeld vaatwasblokjes, tandpasta en broodverbeteraar.” Een milieuvriendelijk voorbeeld is het enzym fytase dat wordt toegevoegd aan veevoer. Fytase kan fosfaat vrijmaken uit plantenmateriaal, waardoor varkens dit uit hun sojavoer kunnen opnemen. Hierdoor hoeft er geen extra fosfaat aan het voer te worden toegevoegd, waardoor er ook minder fosfaat via de mest op het land terechtkomt. “Maar dit zijn allemaal toepassingen van de schimmel als een soort fabriek”, zegt Wösten. “Nieuw aan onze aanpak is dat we het schimmelmateriaal zelf gebruiken om producten van te maken.”

Door schimmels te persen bijvoorbeeld, als milieuvriendelijk alternatief voor leer. Je moet het dan wel soepeler maken met natuurlijke weekmakers. “Dit is pure, samengeperste schimmel”, zegt Wösten terwijl hij een leerachtige lap tevoorschijn haalt. “Als je het niet meer kunt gebruiken, kun je het zo op de composthoop gooien. Het principe is hetzelfde als bij papier of hout: zolang je het droog houdt, kun je het lang bewaren. Pas als het nat wordt, kunnen andere micro-organismen erop groeien.”

Miljoenen draadjes

De schimmelproducten zijn vaak een vervanging voor veel vervuilender materialen. Bovendien voeden de schimmels zich met afvalstromen. “Schimmels groeien op plantaardig of dierlijk materiaal. Ze zetten laagwaardig materiaal zoals stro of zaagsel om in een hoogwaardig product. Nu worden bijvoorbeeld in China grote hoeveelheden stro verbrand op het veld. Met behulp van schimmels zouden we het stro ook kunnen recyclen tot hoogwaardige materialen.”

Er zijn grofweg twee typen schimmelproducten: een waarbij het stro of zaagsel helemaal wordt omgezet in schimmelmateriaal, en een waarbij slechts een deel wordt omgezet. “Als schimmels het plantenmateriaal beginnen te verteren, groeien er overal draden doorheen. Dat kunnen enorme netwerken zijn”, legt Wösten uit. “Alles laten omzetten tot schimmel duurt lang en dat is duur. Het wordt veel goedkoper als we de schimmel door stro of zaagsel laten groeien en het proces dan stoppen. Een product dat voor 90 procent uit stro bestaat en voor 10 procent uit schimmel is nog steeds heel stevig. De schimmel plakt alles aan elkaar met miljoenen draadjes van een honderdste millimeter.”

Tassen

Dat het niet blijft bij wat uitprobeersels in een universiteitslab, toont de in Amsterdam woonachtige Italiaanse designer Maurizio Montalti. Als student van de Design Academy in Eindhoven kreeg hij les van professor Wösten, en nu brengt hij zelf schimmelproducten op de markt. In eerste instantie klopte hij met een heel ander idee aan bij de universiteit: een project over het inzetten van schimmels bij menselijke begrafenissen. “Het klinkt wat macaber, maar ik was bezig met een project rond de dood en verbinding met de natuur. Schimmels zijn de grote afbrekers en hergebruikers in de natuur, dus ook bij menselijke resten kunnen ze een rol spelen bij afbraak en omzetting in nuttige nutriënten. Tegelijkertijd breken ze schadelijke stoffen af die in elk lichaam zitten.” Zijn focus verschoof naar het ontwikkelen van duurzame materialen uit afval. “Ik ben gaan kijken naar afbraak van synthetische materialen door schimmels. Daarmee kun je van dood materiaal iets levends maken. Wat ik zag was de continue groei van schimmelweefsel. Dat bracht me op het idee om nieuwe materialen te laten groeien – nog steeds op basis van de afbraak van andere materialen.”

Montalti heeft nu een kleine designstudio in Amsterdam, Growing lab, waar hij experimenteert met nieuwe materialen. Ook startte hij in Italië het bedrijf Mogu, dat daadwerkelijk schimmelproducten produceert en verkoopt. “We verkopen nu alleen nog producten voor binnenshuis, zoals geluidsdempende panelen. Dit jaar gaan we starten met verkoop van schimmelvloeren. Maar the sky is the limit wat toepassingen van schimmels betreft.” Als het aan Montalti ligt, kunnen we straks ook op schimmel zitten en het aantrekken. “Denk aan schoenen, jurken, t-shirts, maar ook tassen en rugzakken. Ons doel is om eind van het jaar een kleine selectie op de markt te hebben.”

Eindeloos recyclen

Voor hoogleraar Wösten is de volgende grote stap een schimmelbaksteen voor de buitenmuur. “Binnenshuis is het droog, daar kun je volstaan met poreuze bakstenen die deels uit stro en deels uit schimmel bestaan. Om bakstenen te maken voor buitenmuren, zul je moeten gaan persen. Dan krijg je houtachtige kwaliteiten. Er worden complete gebouwen opgetrokken uit hout, dus zo’n gebouw kan straks ook helemaal uit schimmelproducten bestaan. Als we het later willen slopen, gooien we het door de shredder. Dan kunnen we het gebruiken in een energiecentrale, als mest, of er weer schimmels op loslaten en nieuw bouwmateriaal maken.”

Bouwmaterialen van schimmel en plantenmateriaal kun je namelijk eindeloos recyclen, en zijn daarom een prima manier om koolstof vast te houden, zegt Wösten. “Bij recycling verlies je wel steeds 10 procent van het materiaal, maar we vertragen wel enorm de CO2-productie.” Dat klinkt mooi, maar er zitten ook addertjes onder het gras. “Je moet er wel voor waken dat de afvalstromen geen grondstof worden waarop je gaat concurreren met bijvoorbeeld de champignon-industrie, die dezelfde afvalstromen gebruikt. En als je alleen maar stro van het land haalt, kan dat uiteindelijk ook de grond uitputten. Dat is wel iets om goed naar te kijken als dit grootschaliger wordt toegepast.”

Minder kunstmest

Wösten heeft nog meer pijlen op zijn boog. “Er zijn nog allerlei andere toepassingen denkbaar. We zijn bezig om met schimmels water te zuiveren van medicijnen, pesticiden en zware metalen. Maar je kunt bepaalde schimmels ook gebruiken om de groei van planten te stimuleren, of juist hun afweersysteem.” Roeland Berendsen, onderzoeker op dezelfde universiteit, doet onderzoek naar interacties tussen planten en microben en ziet enorme potentie in die laatste toepassing. “Microben kunnen planten ziek maken, maar er zijn ook schimmels en bacteriën die goed zijn voor de plant. Die kunnen een grote rol spelen in verduurzaming van de landbouw, een industrie die nu een grote impact op het milieu heeft door land- en watergebruik, pesticiden en zo meer. Een bekend voorbeeld van een gunstige relatie tussen planten en microben zijn mycorrhizaschimmels, die voedingsstoffen uitruilen met planten. Of neem rhizobia, bacteriën die met vlinderbloemigen samenleven en stikstof uit de lucht vastleggen voor de plant. Als je dit soort natuurlijke relaties in de landbouw tot stand laat komen en probeert te verbeteren, hoef je minder kunstmest te gebruiken.”

Verbeterde samenwerking

Een duurzame landbouw moet wel samengaan met een hogere productie, benadrukt Berendsen. “We staan voor een enorme uitdaging: in 2050 leven naar verwachting bijna 10 miljard mensen op aarde die allemaal willen eten. De FHO en de VN hebben berekend dat je dan bijna een verdubbeling moet hebben van je voedselproductie. Dat wil je niet op zo’n manier doen dat je ook twee keer zoveel landbouwgrond nodig hebt, want dan hou je geen natuur meer over.”

Om die reden werken Berendsen en zijn collega’s aan relaties tussen planten en microben die de plant beschermen tegen ziektes. “Een kwart tot een derde van de landbouwopbrengsten gaat verloren aan ziekten en plagen, zelfs met de grote hoeveelheden pesticiden die worden gebruikt. Die pesticiden hebben een grote impact op het milieu en ze worden in Europa dan ook steeds meer uitgebannen. Het is zaak daar goede biologische alternatieven voor te vinden om wel de opbrengst hoog te kunnen houden – of zelfs nog te verbeteren. We proberen bijvoorbeeld planten te creëren die dankzij samenwerking met microben niet meer gevoelig zijn voor ziekteverwekkers, of minder aantrekkelijk zijn voor insecten. We werken vooral aan bacteriën en schimmels die de plant helpen beschermen tegen ziekmakende micro-organismen. Er zijn bijvoorbeeld goedaardige bacteriën en schimmels die op de plant leven en antibiotica aanmaken waarmee ze de plant beschermen tegen kwaadaardige bacteriën. Je kunt de aanwezigheid van die goede bacteriën stimuleren door ze over het land te sproeien, of door de zaden te coaten. Dus in plaats van een coating met een pesticide krijgen ze een coating met een beschermende bacterie die de plant vanaf het begin meteen beschermt.”

Beschermende stoffen

Niet alleen de mens kan de goede bacteriën stimuleren, de plant zelf doet dit ook. “Als planten te maken hebben met een bepaalde ziekte in de bodem, kunnen ze stoffen afscheiden vanuit hun wortels die bepaalde bacteriën tegengaan en andere bacteriën stimuleren die hen beschermen. We onderzoeken hoe een plant dat doet en of we planten kunnen kweken die dat nog beter kunnen. De hoop is dat deze verbeterde samenwerking tussen planten en microben pesticiden en fungiciden kunnen vervangen.”

De wetenschappelijke ontwikkelingen zijn al vrij ver, maar gebruik in het veld is nog beperkt. “Het lastige is dat in de praktijk omstandigheden nogal verschillen, waardoor deze methode de ene keer beter werkt dan de andere. Daarom grijpen telers vaak terug naar bekende middelen die altijd werken. Dat is onze uitdaging: de planten zo verbeteren dat het altijd goed werkt. Uiteindelijk zal dit niet iets worden van alleen de biologische maar ook van de reguliere landbouw, daar ben ik van overtuigd. Mensen zullen het niet alleen uit overtuiging doen, maar gewoon omdat het net zo goed blijkt te werken. Dan zijn niet langer pesticiden en kunstmest de standaard, maar gunstige microben.”

Wösten is nog lang niet klaar. “We kunnen bijna alle soorten materialen vervangen door schimmels. Het enige dat we nog missen zijn metalen, keramische materialen en de composieten. Het klinkt misschien onrealistisch dat we met schimmels de eigenschappen van metalen kunnen benaderen, maar ondertussen fietsen we wel op een koolstofframe.“

Winterslaap

En het kan nog veel futuristischer. Wat zou je allemaal kunnen doen met schimmels als je gebruik maakt van het levende organisme? “Wat we nu maken in het lab verhitten we tot 60 graden, dus het gaat dood het lab uit. Maar we zouden de schimmel ook kunnen indrogen, waardoor het in een soort winterslaap gaat en weer actief wordt als het nat wordt. Stel je voor: als een baksteen een beschadiging heeft en het regent, krijg je hergroei in het stukje dat beschadigd is.” Het dromen gaat nog verder. Eind vorig jaar is de universiteit een samenwerking begonnen met een groep biologen, architecten en computerdeskundigen om delen van schimmelmateriaal elektrisch geleidend te maken. Het idee is om sensoren te integreren in het schimmelmateriaal, zodat de schimmel het materiaal aan kan passen aan weersomstandigheden. “Hoe dat zou moeten, weten we nog niet”, erkent Wösten. “Maar het is goed om een visie te hebben. Als iemand mij 10 jaar geleden had gezegd dat wat we nu doen mogelijk zou zijn, had ik ’m ook voor gek verklaard.”