Restafval van paddenstoelenteelt zuivert schadelijke stoffen uit water

Veelbelovende techniek gebaseerd op hergebruik

Het is mogelijk water te zuiveren met behulp van champignonsubstraat: het mengsel van schimmeldraden en paardenmest dat overblijft nadat de champignons ervan geoogst zijn. Dat tonen Utrechtse onderzoekers Brigit van Brenk, Han Wösten en collega’s aan in een publicatie in het vakblad Applied Microbiology and Biotechnology. Het substraat verlaagt onder andere de concentraties van bestrijdingsmiddelen en medicijnen in vervuild water. Daarmee is het een veelbelovend alternatief voor bestaande technieken om water te zuiveren.

Champignons worden geteeld op gecomposteerde, gesteriliseerde paardenmest. Graankorrels die vol zitten met de schimmel worden gemend met de compost, waarna de compost volgroeit met een netwerk van schimmeldraden. Uit die schimmeldraden ontwikkelen zich uiteindelijk de vruchtlichamen van de schimmel: paddenstoelen.

Maar wat doe je met het champignonsubstraat nadat die paddenstoelen geoogst zijn? In Nederland niet zoveel: we sturen er tonnen van naar Duitsland waar het gebruikt wordt als mest. Maar kan het niet beter ingezet worden?

Illustration showing an artistic impression of how mushroom substrate purifies water

Enzymen

Van Brenk en collega’s vermoedden van wel. Schimmels die van dood plantenmateriaal leven, zoals champignons, maken enzymen aan om houtstof af te breken. Maar de enzymen die de schimmels aanmaken zijn niet heel specifiek, en het was al bekend dat ze ook andere stoffen dan houtstof afbreken.

De onderzoekers besloten daarom te testen of het mogelijk is vervuild water te zuiveren met behulp van het restafval van de champignonteelt. Concentraties van medicijnresten, bestrijdingsmiddelen en andere schadelijke stoffen in oppervlaktewater en grondwater nemen namelijk toe, en dat is slecht nieuws voor onder andere dieren die in het water leven. En bestaande methodes om water van dit soort stoffen te zuiveren zijn duur.

Brigit van Brenk

Van Brenk: “Als we medicijnen gebruiken, plassen we een deel daarvan weer uit. Zo komen deze stoffen in het rioolwater terecht. Het grootste probleem is dat die stoffen niet goed uit het water gezuiverd worden voordat het water in rivieren wordt geloosd. Bovendien kan de natuur de stoffen niet zo snel afbreken als dat wij ze lozen, waardoor de stoffen zich ophopen in het water.”

DEET en cafeïne

Om de effectiviteit van het champignonsubstraat te testen, voegden de onderzoekers eerst acht stoffen aan water toe, zoals DEET (een insectenwerend middel), cafeïne en carbamazepine, een medicijn dat onder andere wordt gebruikt bij epilepsie. Vervolgens werd het vervuilde water gemixt met stukken substraat.

Het is een vrij simpele, goedkope en duurzame manier om water te zuiveren. Maar er is nog wel een weg te gaan, hoor.

Na twee tot zeven dagen keken de onderzoekers of de concentraties van de stoffen veranderd waren. Het bleek dat, afhankelijk van de stof, 10 tot 90 procent uit het water was verwijderd. Van Brenk: “Huidige, vergelijkbare methodes om water te zuiveren, werken vaak maar voor een of twee verschillende stoffen. Hoewel het substraat niet voor alle stoffen even goed werkt, laten deze resultaten wel zien dat het een brede range aan stoffen uit water kan verwijderen. Andere methodes met een brede range zijn meestal vrij duur.”

Schimmelthee

De onderzoekers maakten ook een soort thee van het substraat, simpelweg door het een tijdje in water te laten staan en dan de stukken substraat eruit te halen. Vervolgens mengden ze de thee met het vervuilde water, en testten de onderzoeker hoe goed de thee was in het verwijderen van schadelijke stoffen uit het water. Dat bleek een stuk minder goed te zijn dan het substraat zelf.

Volgens Van Brenk zegt dit iets over hoe het substraat stoffen uit het water haalt: “We dachten eigenlijk dat vooral de enzymen die worden uitgescheiden door de schimmel zorgden voor de verwijdering van de schadelijke stoffen. Die komen in de thee terecht, dus als dat daadwerkelijk zo was, zou de thee net zo goed moeten werken als het substraat. Maar dat is niet zo, dus er was nog een groot deel van de werking van het substraat dat we niet helemaal konden verklaren.”

Maar de onderzoekers hadden wel ideeën over mogelijke verklaringen. Verdere test lieten zien dat ofwel enzymen die in de schimmeldraden zitten en niet worden uitgescheiden, ofwel bacteriën die blijven vastzitten aan het substraat, een rol spelen. Ook lijkt een chemische reactie die in het substraat plaatsvindt een aanzienlijke bijdrage te leveren aan de verwijdering van de stoffen.

Geteste kleurstoffen

Verdere stappen

Van Brenk toonde met andere experimenten ook aan dat champignonsubstraat in staat is water te zuiveren van kleurstoffen en PFAS. Die resultaten zullen later dit jaar gepubliceerd worden. Onlangs kregen zij en Han Wösten een Innovation Voucher van Utrecht Holdings, waarmee ze verdere stappen kunnen zetten in het onderzoek. Ze gaan testen of er geen giftige bijproducten ontstaan tijdens de zuivering, en de schaal van het proces vergroten.

Van Brenk gelooft in de potentie van de techniek. Bovendien worden regels rondom water in Nederland en Europa aangescherpt, waardoor de onderzoeker verwacht dat bedrijven in de toekomst meer zullen moeten doen om hun afvalwater schoner af te leveren. Van Brenk heeft dan ook als doel om een bedrijf te starten met het zuiverende substraat als hoofdproduct. “Het is een vrij simpele, goedkope en duurzame manier om water te zuiveren. Maar er is nog wel een weg te gaan, hoor.”

Publicatie

Enzymatic and non-enzymatic removal of organic micropollutants with spent mushroom substrate of Agaricus bisporus
Brigit van Brenk, Fleur E.L. Kleijburg, Antoine J.B. Kemperman, Walter G.J. van der Meer en Han A.B. Wösten
Applied Microbiology and Biotechnology, 19 april 2024. DOI: https://doi.org/10.1007/s00253-024-13132-3