Onderzoek Siegfried Vlaeminck

Abstract

In 2019 had Vlaanderen te kampen met ernstige droogte en werd meer dan 40% van het hernieuwbare zoetwater gebruikt voor menselijke activiteiten, wat vergelijkbaar is met regio's zoals Spanje en Griekenland. Waterhergebruik is sindsdien een kritieke praktijk geworden voor industrieën die afvalwater van hoge kwaliteit nodig hebben. Membraan bioreactoren (MBR's) worden veel gebruikt voor industrieel waterhergebruik vanwege hun ruimtebesparende en procesintensificatie mogelijkheden. Ze zijn echter duur, energie-intensief en gevoelig voor vervuiling door een slechte zuurstofoverdracht. Om deze uitdagingen te overwinnen, vervangt de membraanbeluchtingstechnologie (MA-MBR) de beluchting door een efficiëntere zuurstofoverdracht (>30%), waardoor het energieverbruik daalt en de energiekosten aanzienlijk lager zijn dan bij traditionele MBRs. We richten ons op industriële toepassingen, waar het verbeteren van de kostenconcurrentie een prioriteit blijft. Om het niveau van technische gereedheid (TRL) te verhogen, bouwen we een prototype reactor op rekbasis die gebruikt kan worden in een relevante (on-site) omgeving, en gaan we verder met onze reactor op labschaal waar we de behandeling van echt brouwerijafvalwater zullen onderzoeken. Op commercieel vlak evalueren we onze markttoetredingsstrategie, inclusief opties voor licenties of verzelfstandiging. We zijn van plan om inzichten te verzamelen via de interacties met belanghebbenden en het uitbreiden van onze strategische partnerschappen met zowel potentiële klanten als eindgebruikers. Door de bovengenoemde aspecten aan te tonen, produceren we een product dat dichter bij markttoetreding komt door bij voorkeur een spin-off of anders een licentieovereenkomst.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Winckel Tim
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een verschuiving naar duurzaam stikstofbeheer is essentieel om de milieueffecten van de veehouderij te verminderen. Bovendien kunnen circulaire oplossingen Europa's afhankelijkheid van energie-intensieve kunstmest, geproduceerd via het Haber-Bosch proces, verminderen en de milieueffecten van de landbouw verkleinen. Het terugwinnen van stikstof uit afvalstromen van de agrovoedingsketen helpt de risico's verbonden aan stikstofuitstoot te minimaliseren. BioNECSUS streeft ernaar een innovatieve N-terugwinningstechnologie te onderzoeken die gasvormige of vloeibare stikstofhoudende afvalstromen, zoals digestaten van mest, omzet in geraffineerde en geconcentreerde vloeibare ammoniumnitraatoplossingen. De ontwikkeling van deze technologie zal worden gestuurd door evaluaties van zowel de technische prestaties als de ecologische en economische impact.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Nimmegeers Philippe
• Co-promotor: Van Passel Steven

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Landbouw en kunstmest veroorzaken 19% van de wereldwijde broeikasgasuitstoot en veel reactieve stikstof. We stellen voor om basaltverwering te gebruiken, een natuurlijk proces dat over duizenden jaren CO2 vastlegt en tegelijkertijd essentiële voedingsstoffen vrijgeeft die de plantengroei, droogteresistentie, en de bodemgezondheid verbeteren. We stellen voor om dit natuurlijke proces te benutten in een gecontroleerde bioreactor versterkt door Bacillus subtilis. Deze bacterie verbetert de verwering van mineralen door de productie van organische zuren, enzymen en secundaire metabolieten die de gezondheid van planten en de weerstand tegen ziekten versterken. De door ons voorgestelde methode houdt in dat basalt vooraf wordt verweerd in een bioreactor, versterkt door B. subtilis, en tegelijkertijd CO2 wordt vastgelegd en een meststof wordt geproduceerd. De resulterende klimaat- en stikstofvriendelijke meststof zal worden gebruikt om N-fixerende luzerne te verbouwen met verdere verwering in het veld en CO2-opname. De belangrijkste doelstellingen zijn het optimaliseren van de groeicondities van B. subtilis, het bouwen en bedienen van de bioreactor voor de productie van meststoffen en het beoordelen van de impact van de resulterende meststof op gewasopbrengsten en de CO2-vastlegging tijdens verwering in het veld. Een uitgebreide evaluatie zal rekening houden met ecologische en economische implicaties, als leidraad voor de ontwikkeling van duurzamere landbouwpraktijken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Vicca Sara
• Mandaathouder: Czub Kaja

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De groei van de wereldbevolking maakt het noodzakelijk om zowel aan voedingsbehoeften te voldoen als om de milieu impact te beperken. Zeewier aquacultuur komt naar voren als een veelbelovende bijdrage, door duurzame biomassa aan te bieden voor farmaceutische en nutraceutische toepassingen. De teelt op open zee wordt echter geconfronteerd met milieurisico's zoals hittegolven en stormen, wat leidt tot verlies van biomassa en lagere opbrengsten. Onshore teelt biedt een realistisch alternatief, ondanks mogelijke zorgen over landgebruik. Door de ongekende groei van de aquacultuursector, is er een drang naar innovatieve benaderingen om de productiviteit en duurzaamheid te vergroten. Recente studies benadrukken de voordelen van purper niet-zwavelhoudende bacteriën (PNSB) als biomeststoffen en biostimulanten in de terrestrische landbouw. Dit onderzoek streeft ernaar het potentieel van mariene PNSB-stammen te benutten voor de teelt van zeewier door middel van microbiële manipulatie van de zeewier-holobiont. De methodologie omvat de ontdekking en selectie van geschikte mariene PNSB-stammen, het ontwikkelen van een co-cultivatiesysteem en het onderzoeken van de voedingssamenstelling en gezondheidseffecten van dit purper versterkte zeewier. De primaire focus ligt op het realiseren van een kwalitatief zeewier product verrijkt met bioactieve stoffen van PNSB, waardoor het geschikt wordt voor toegepaste voedingsapplicaties voor zowel menselijke consumptie als aquacultuurvoeding.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Olyslaegers Sara

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het onderzoeksproject situeert zich in het domein van de milieubiotechnologie, meer bepaald de biologische behandeling van industrieel afvalwater. Het conventionele actief-slibproces, CAS, wordt meestal uitgevoerd bij lange slibverblijftijden (= laag belast) en levert vaak een effluent van goede kwaliteit op voor lozing. De CAS-zuivering gaat echter gepaard met aanzienlijke (milieu)kosten en een beperkte terugwinning van grondstoffen. Met het oog op de broodnodige transitie van de conventionele afvalwaterzuivering naar een grondstoffen- en energiefabriek, ontwikkelt dit project het innovatieve concept van hoog-belast aeroob korrelslib of HiGS (High-Rate Granular Sludge). HiGS richt zich op verschillende complementaire routes voor het terugwinnen van grondstoffen en energie uit afvalwater: 1) energieterugwinning via anaerobe vergisting van het slib bij korte slibverblijftijden (enkele dagen), 2) terugwinning van nutriënten via biologische fosforverwijdering, dat de sleutel vormt tot korrelvorming, en 3) terugwinning van waardevolle gelvormende biopolymeren die de structuur van de aerobe korrels bepalen. Het project onderzoekt specifiek de impact van belangrijke operationele factoren, zoals de verblijftijd van het slib en de samenstelling van het afvalwater, op de microbiële gemeenschap en het kwantitatieve terugwinningspotentieel van HiGS. Daarnaast bepaalt het project de samenstelling en de eigenschappen van gelvormende biopolymeren die geëxtraheerd worden uit hoog-belaste korrelslibsystemen met het oog op toekomstige toepassingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Dries Jan
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het Purplex-project is een baanbrekend onderzoeksinitiatief dat het potentieel onderzoekt van paarse fototrofe bacteriën (PPB) in extreem halofiele omstandigheden voor de duurzame productie van natuurlijke pigmenten. Om tegemoet te komen aan de groeiende voorkeur voor natuurlijke pigmenten boven synthetische, richt het project zich op het isoleren van nieuwe PPB-stammen die bestand zijn tegen hoge zoutconcentraties en het bestuderen van hun vermogen om pigment te produceren, met name carotenoïden en bacteriochlorofylen (BChl). Door gebruik te maken van geavanceerde computationele methoden op genoomschaal en fluxbalansanalyse probeert het project de efficiëntie van de pigmentproductie te optimaliseren en traditionele kweektechnieken te overtreffen. Om bovendien aan te sluiten bij de principes van de circulaire economie, wordt er gebruik gemaakt van kosteneffectieve substraten, zoals bijproducten uit de voedingsindustrie,. Tot de verwachte resultaten behoren een nieuwe verzameling mariene en halofiele PPB-stammen, innovatieve methoden voor pigmentextractie en geoptimaliseerde fotobioreactoromstandigheden voor schaalbare pigmentproductie. Dit project belooft niet alleen ons begrip van HPPB te verbeteren, maar beoogt ook een revolutie teweeg te brengen in duurzame pigmentproductie, met brede toepassingen in de voedings-, farmaceutische en cosmetische industrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Diaz Allegue Luis

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het CARES-project richt zich op het innovatieve gebruik van bijproducten van koffie voor bio-energie en hoogwaardige bioproducten en bevordert duurzame ontwikkeling in de landbouwsector van de koffiewaardeketen in Ethiopië, de grootste koffieproducent van Afrika. Dit initiatief zal de economie van grote en kleine boeren stimuleren en helpen bij het opzetten van een onderzoeksnetwerk om de meest duurzame methoden te verkennen voor het produceren van verhandelbare, milieuvriendelijke producten met toegevoegde waarde, waarbij belanghebbenden uit de maatschappelijke, politieke en academische sfeer betrokken zijn. Het Addis Ababa Institute of Technology zal de regionale impact vergroten door multidisciplinair onderzoek en innovatie. CARES hanteert concepten van de circulaire economie om het gebruik van bijproducten van de koffieplantage te maximaliseren met unieke recyclage- en valorisatiemethoden om de samenwerking en de overdracht van vaardigheden tussen Ethiopische en Belgische entiteiten te versterken, in lijn met VLIR-UOS' engagement voor technologieoverdracht, duurzaamheid en innovatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Diaz Allegue Luis
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Siervissen zijn de derde en vijfde meest voorkomende groep huisdieren in respectievelijk de Verenigde Staten en de Europese Unie. Dit omvat zowel tropische aquariumvissen als koudwatervijvervissen. Goudvissen (Carassius auratus) zijn ongetwijfeld de bekendste voorbeelden van deze laatsten. Een zeer exclusieve maar snelgroeiende markt is die van Koikarpers (Cyprinus rubrofuscus), waar één enkele vis tussen de 5 en 50.000 € waard kan zijn, afhankelijk van de grootte en kleur. De duurste koi tot nu toe is een vrouwelijke Kohaku-koi, genaamd 'S Legend', die in 2018 voor 1,8 miljoen dollar werd verkocht. Bij dergelijke prijzen wordt de gezondheid van individuele vissen uiterst belangrijk en kunnen natuurgebaseerde nutraceutische producten een belangrijke rol spelen bij het waarborgen van het dierenwelzijn. De resultaten van ons vorige project PurpleGuppy laten zien dat voer waarbij 2-10% van het vismeel vervangen werd door microbieel eiwit van de paarse niet-zwavelbacteriën (PNSB) Rhodobacter capsulatus of Rhodopseudomonas sphaeroides, de groei en de reproductie bij de tropische aquariumvis Poecilia reticulata verbeterde. Bovendien verhoogde ook de kleurhelderheid (belangrijke eigenschap in shows en competities) en versterkte het immuunsysteem, wat resulteerde in een 35% betere overleving (van 33% bij controle vissen tot 78% bij met PNSB gevoerde vissen) na infectie met de bacteriële ziekteverwekker Aeromonas hydrophila. Het momenteel voorgestelde onderzoek zal hier verder op ingaan om ons van klantgereedheidsniveau CRL 5-6 naar CRL 6-7 te brengen. Dit zal gebeuren via een multispeciesvalidatie op tropische aquariumvissen in een praktisch relevante setting. Anderzijds willen we onze kennis uitbreiden naar de markt voor vijversiervissen, met een focus op Koikarper als interessante soort, omdat hier de meeste toegevoegde waarde gecreëerd kan worden. Speciale aandacht zal worden besteed aan ziekteresistentie bij wintertemperaturen (<10°C), gezien het bekend is dat het immuunsysteem bij koi dan verzwakt is.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Boeck Gudrun
• Co-promotor: Diaz Allegue Luis
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Ecosphere

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microbiële olie is een noodzakelijk alternatief voor fossiele of plantaardige olie in de toekomst. Bulkproductie is echter nog niet economisch haalbaar. Verdunde lignocellulosehoudende afvalstromen zijn een goedkope en daarom interessante bron van koolstof voor de productie van microbiële olie. Het gebruik van reversibele immobilisatie van oliehoudende gist in een continue reactor met het verzamelen van de cellen waarin de olie werd geaccumuleerd heeft nog veel gebreken. Een hoge celconcentratie, hoge olieaccumulatie en efficiënte hermobilisatie van de cellen zijn uiterst belangrijk. Dit vergt een complexe interactie tussen dragermateriaal, het micro-organisme en de mediumsamenstelling. In dit project worden verschillende hoog innovatieve oplossingen onderzocht. Er wordt geëvalueerd of de aanwezige lignocellulosehoudende inhibitors (furaanaldehyden, organische zuren en fenolen) in het substraat de natuurlijke immobilisatie van de gistcellen verbeteren. Voor het verder verhogen van de immobilisatie-efficiëntie worden het toepassen van co-immobilisatie met een schimmel en het gebruik van zwitterion polymeren voor eenvoudige reversibele immobilisatie bestudeerd. Stamverbetering die rekening houdt met de verschillende vereisten voor de micro-organismen gebeurt door adaptieve laboratoriumevolutie. Deze innovaties moeten leiden tot een efficiënt systeem waarbij de inhibitoren uit de verdunde lignocellulosehoudende afvalstroom gevaloriseerd worden onder de vorm van microbiële olie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Vanderveken Ines

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project beoogt inzicht te verkrijgen in de achterliggende motivaties van het veranderend waterverbruik van Vlaamse huishoudelijke drinkwaterklanten, d.m.v. een combinatie van een literatuurstudie, een kwantitatieve vragenlijst en een kwalitatieve verdieping. Hierbij wordt voortgebouwd op inzichten uit het project "WaterWaarde".

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vandermoere Frederic
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Centrum voor Onderzoek naar Ecologische en Sociale verandering (CRESC)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Waterschaarste is een groot probleem in Vlaanderen. Tot 80% van onze beschikbare watervoorraden zijn momenteel in gebruik, wat betekent dat het hoog tijd is voor integratieve oplossingen die zich richten op waterhergebruik, en die bij voorkeur gedecentraliseerd zijn. Bronafgescheiden grijs water is de grootste afvalwaterstroom in volume en dus de ideale kandidaat voor gedecentraliseerd huishoudelijk waterhergebruik. De huidige state-of-the-art om dit te bereiken is door gebruik te maken van een membraanbiofilmreactor (MBR), die het voordeel heeft compact te zijn. MBR's hebben echter een hoge energiebehoefte en vereisen veel onderhoud, waardoor ze relatief duur in gebruik zijn. TwinMemBio pakt deze nadelen aan door een membraanbeluchte biofilm reactor (MABR) te combineren met een MBR om een systeem te creëren met een laag energieverbruik en minder onderhoud. De unieke controlestrategie van TwinMemBio maakt het een uitstekende keuze voor plaatsen die de hoogste standaard vereisen voor nietdrinkbaar hergebruik en tegelijkertijd lage energie- en onderhoudskosten vereisen, waardoor het een uitstekende keuze is voor gedecentraliseerde huishoudelijke brongescheiden waterbehandeling en hergebruik.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Winckel Tim
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De productie van single-cell protein (SCP) op afvalwater van de voedingsindustrie is een methode waarbij organische stoffen en stikstof worden opgewaardeerd tot eiwit voor diervoeder. Dit afvalwater is economisch gezien geschikt voor een snelle productie van aërobe heterotrofe micro-organismen (AHM) in open systemen. Schommelingen die inherent zijn aan deze aanpak leiden echter tot variabiliteit in de voedingskwaliteit van SCP, en de verwerkingskosten vormen nog steeds een uitdaging voor de toepasbaarheid van SCP-technologie. Hoewel een reeks biotechnologische methoden het potentieel van biostimulatie (co-substraatdosering) of bioaugmentatie (toevoegen van doelorganismen) heeft aangetoond, zijn deze methoden nog niet onderzocht voor SCP-productie op afvalwater. SMArT beoogt een stabiele microbiële gemeenschap te creëren die leidt tot een betere voedingskwaliteit, gebruikmakend van slimme strategieën voor biostimulatie en -augmentatie, hernieuwbare co-substraten, en bacteriën en gist met een grote kans op succes. De keuze en dosering van biostimulanten zal worden getest met AHM uit verrijkingsculturen en literatuur. We zullen werken met een kweekreactor met optimale groeiomstandigheden die gekoppeld wordt aan de reguliere SCP-reactor. Op basis van de opbrengst en de kwaliteit van de biomassa, zal de beste configuratie worden getest met echt effluent. De slimme gemeenschapstechnologie van SMArT beoogt een beter SCP-product dat aantrekkelijk is als duurzaam voederbestanddeel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Cornet Iris
• Mandaathouder: González Cámara Sergio

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het zwaartepunt van afvalwaterbehandeling is door milieudruk, verstedelijking en bronintensiteit verschoven van volksgezondheid naar efficiënt brongebruik. Gecentraliseerde afvalwaterzuivering is hierin beperkt, terwijl extreme decentralisatie niet snel genoeg implementeerbaar is. Aangezien urine een hoge concentratie N, P en micropolluenten bevat, biedt gedecentraliseerde behandeling van urine veelbelovende toepassingen. In dit voorstel wordt geopperd dat urine een groter voordeel kan opleveren als een product met meerdere bronnen binnen de grenzen van het stedelijke afvalwatersysteem, in plaats van het naar buiten te exporteren als meststof of N2. Wij stellen als hypothese dat de bronefficëntie en duurzaamheid van het stedelijke afvalwatersysteem aanzienlijk wordt verbeterd door gedecentraliseerde alkalinisatie, nitrificatie en behandeling met actieve kool om componentsvoordelen (COD, N, S, P) te genereren. Technologieën en controlestrategieën, zoals energie-efficiënte membraanoxygenatie en dosering van genitrificeerde urine in riolen, zullen worden onderzocht en geïntegreerd op vlak van kinetiek, microbiomen, emissies en algemene prestaties. Deze paradigmaverschuiving zal leiden tot lagere kosten, lagere broeikasgasemissies, betere geurbeheersing, intensivering op centraal niveau en een lager energieverbruik dan zowel een conventioneel gecentraliseerd waterzuiveringssysteem als een extreem decentraal urinebeheer voor terugwinning van nutriënten of efficiënte verwijdering.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Van Winckel Tim
• Mandaathouder: De Corte Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Vlaanderen heeft samen met vele andere regio's in Europa een van de droogste zomers in de geschiedenis achter de rug en dit zal helaas geen uitzondering zijn. Om voldoende water beschikbaar te houden (voor drinkwater, landbouw, industrie...), moeten we de veerkracht van ons waterbeheer aanzienlijk verhogen door optimalisatie van de bestaande infrastructuur, stimulering van circulaire waterpraktijken en strategische investeringen in nieuwe infrastructuur. Waterbeheer is echter inherent een zeer complex gegeven dat veel verschillende actoren raakt en een grote ruimtelijke schaal bestrijkt. Meer veerkracht vraagt dus een besluitvormingsinstrument dat deze complexiteit kan integreren om meerdere doelstellingen met elkaar in evenwicht te brengen voor holistische beslissingen. Het is echter nog niet mogelijk om momenteel de beschikbare gegevens en modelleringsinstrumenten op verschillende schalen samen te brengen en toepassingsgebieden om technologische of maatschappelijke uitdagingen op hoog niveau aan te pakken. Dit project zal methodologieën ontwikkelen die gebaseerd zijn op semantische webstandaarden. Datastandaarden, ontologiën en een dynamische kennisgraaf worden ontwikkeld om kennis te coderen en structureren en zo een holistische structuur van het waterdomein te creëren. De kennisgraaf zal dynamisch zijn zodat deze voortdurend kan worden aangevuld met nieuwe gegevens (sensorgegevens, ontwerpgegevens, simulatiegegevens). Verder wordt de integratie van voorspellende modellen en optimaliseringsalgoritmen binnen de structuur voorzien, waardoor holistische scenario's kunnen worden geanalyseerd ter ondersteuning van de besluitvorming. Kennisgrafen kunnen modulair worden opgebouwd, wat veel flexibiliteit biedt voor toekomstige ontwikkelingen. Aangezien zij gebaseerd zijn op gestandaardiseerde websemantiek kunnen zij gemakkelijk worden bevraagd. Bovendien maakt de gestandaardiseerde vorm ook koppeling met andere sectoren mogelijk voor cross-domein besluitvorming.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc
• Co-promotor: Van Winckel Tim

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Purper niet-zwavelhoudende bacteriën (PNSB) zijn aantrekkelijk voor de biotechnologische productie van waterstof, bioplastic of microbieel eiwit, en voor afvalwaterzuivering met grondstoffenherwinning. Wanneer PNSB fotoorganoheterotroof gekweekt worden, is de koolstofbron typisch meer gereduceerd dan hun biomassa. Dit leidt tot een redoxonevenwicht. Om het teveel aan elektronen te balanceren, kunnen PNSB verschillende redoxstrategieën toepassen, zoals CO2 fixatie of H2 productie. Echter, fundamentele inzichten in de mechanismen die ze gebruiken om zich aan te passen aan al deze koolstofbronnen zijn tot op heden onbekend. Redoxome wil dit veranderen met antwoorden op de volgende onderzoeksvragen: i) hoe passen PNSB zich aan koolstofbronnen en mengsels met een verschillende reductiegraad, en ii) hoe beïnvloeden de aanpassingsmechanismen hun competitiviteit wanneer meerdere PNSB concurreren voor dezelfde bron(nen)? Als eersten zullen wij de rol van genduplicatie, genoomplasticiteit en metabolische heterogeniteit in deze bacteriële culturen onderzoeken. De complementaire expertises van UAntwerpen en UMONS, worden gecombineerd om de adaptieve mechanismen van pure culturen en bacteriële consortia te ontcijferen op metabolisch, genetisch, functioneel en ecologisch niveau. De fundamentele kennis die in Redoxome wordt gegenereerd, zal het toegepast onderzoek gebasseerd op PNSB versnellen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Alloul Abbas

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Transformatie van ons voedingssysteem is nodig om de wereldbevolking duurzaam te voeden en aan de stijgende eiwitvraag te voldoen. Dierlijke productie steunt weliswaar sterk op landouw geschikte grond en fossiele brandstoffen, wat een eiwittransitie noodzaakt. Productie van microbiële biomassa behoeft geen landbouwgrond en kan o.b.v. hernieuwbare bronnen. Een interessante optie is de kweek van purperen niet-zwavel bacteriën (PNSB) op H2 voor elektronen, CO2 voor koolstof en licht voor energie. Onderzoek naar fotoautohydrogenotrofe PNSB limiteerde zich tot veelbelovende testen in flessen. RhodoMeal wil pionieren met kweek van voedzaam eiwitrijk poeder van Rhodobacter capsulatus in een fotobioreactor op H2 en CO2. Het eerste doel is om te begrijpen hoe de keuze van lichtgolflengte(s) eiwitgehalte en -samenstelling kunnen sturen. Daarna zal een tweecompartimentsreactor met operationele strategie ontwikkeld worden die efficiënt, productief en schaalbaar is. Na batchproductie zal ook kostenbesparende continue operatie onderzocht worden. Tenslotte zullen voor het eerst voedingsgerelateerde functionele eigenschappen (schuimvorming, emulgatie, gelatie) van PNSB bestudeerd worden. Het effect van groeicondities op zal in kaart gebracht worden, samen met hun gedrag onder condities types voor voedselverwerking. RhodoMeal sluit aan bij de duurzame H2- en CO2-gebaseerde economie, en mikt op het creëren van een nutritioneel en functioneel aantrekkelijk ingrediënt voor de voedingsindustrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Blansaer Naïm

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dierlijke eiwitten dekken momenteel ongeveer 60% van de Europese vraag binnen de voedingsketen. De veeteelt die instaat voor de productie ervan, is verantwoordelijk voor een aanzienlijke milieudruk binnen de Europese landbouw, goed voor 80% van de NH3 emissies, 80% van de broeikasgasuitstoot en 70% van het verlies aan biodiversiteit. Om hierop een antwoord te bieden, wil de EU de "van boer tot bord" waardeketen hervormen, met als belangrijk onderdeel de eiwittransitie. Enkele strategieën om dit te realiseren zijn een lagere eiwitconsumptie per capita, het overschakelen naar niet-dierlijke eiwitten en inzetten op het ontwikkelen van innovatieve technieken. Om inzicht te krijgen in de gevolgen van de verschillende paden naar een meer duurzame eiwit-waardeketen, is gecombineerde informatie van duurzaamheidsanalyses, socio-economische onderzoeksmethodes en inzichten in de technologische aspecten onontbeerlijk. In elk van deze domeinen zijn methodes en onderzoekstechnieken (deels) voorhanden, maar een holistische en geïntegreerde aanpak ontbreekt. Het ProChain project wil hier een antwoord op bieden door de verschillende disciplines te combineren maar ook per domein innovatieve analysetechnieken te ontwikkelen. Ten eerste het gericht combineren van levenscyclusanalyses (LCA) en stofstroomanalyses (MFA). Dit zal inzicht verschaffen in de milieu-impact van de volledige "van boer tot bord" waardeketen, met inbegrip van de valorisatie van bijproducten en de identificatie van de marginale actoren. Ten tweede het in kaart brengen van het keuzegedrag van de verschillende actoren in zowel de waardeketen van vleesproductie, als die van de alternatieve proteïne bronnen. Hierbij worden de cruciale parameters voor een succesvolle proteïne transitie kwantitatief in kaart gebracht. Ten slotte wordt er aan de hand van prospectieve (of ex-ante) LCA en MFA ingeschat wat het effect kan zijn van technologische ontwikkeling op de transitie scenario's en hun toekomstige milieu-impact, aangevuld met verwachte socio-economische trends. Dit innovatief onderzoekskader zal als validatie toegepast worden op de Vlaamse varkensteelt, die een uitstekend uitgangspunt biedt voor het ontwikkelen en evalueren van deze vernieuwende onderzoeksmethodes.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Audenaert Amaryllis
• Co-promotor: Van Passel Steven

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Stikstof (N) en fosfor (P) zijn essentiële elementen voor alle leven. Jaarlijks wordt er in de EU 24 Mt N gesynthetiseerd en 3.7 Mt P geïmporteerd. De mens verstoort de cycli van N en P tot voorbij de draagkracht van onze planeet. Verduurzamen van de N- en P cycli is een van de speerpunten in de "van boer tot bord"-strategie van de EU. Vlaanderen heeft door een sterke agro-voedingsindustrie grote N- en P-stromen, met veel potentieel voor hergebruik. Maar de vele actoren en processen in de voedselvoorzieningsketen vormen een zeer complex netwerk. Een diep inzicht in mogelijkheden voor hergebruik ontbreekt. Om een goed beleid te voeren, moeten we eerst begrijpen hoe keuzes van actoren tot stand komen, hoe technologieën in ontwikkeling zullen presteren in de toekomst en hoe beide elementen samen de N- en P-cycli kunnen verbeteren. NutriChoice pakt deze kenniskloof aan, en werkt daarbij interdisciplinair. Er worden inzichten en methodologieën ontwikkeld in drie domeinen: i) Het ophelderen van keuzegedrag van actoren in de volledige waardeketen. De variabelen die de keuzes voor hergebruik van N en P aansturen, worden gekwantificeerd. ii) Een nieuwe methode voor het beoordelen van nieuwe technologieën voor N en P hergebruik. iii) Kwantitatieve toekomstscenario's voor stofstromen van N en P in 2050. Met deze drie elementen zal NutriChoice efficiënte strategieën ontwikkelen voor een duurzaam nutriëntenbeleid in Vlaanderen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc
• Co-promotor: Van Passel Steven
• Mandaathouder: Santolin Julia

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Duurzaam waterbeheer is een maatschappelijke topuitdaging op globaal en lokaal niveau, wat hulpbronnenefficiënte behandeling van afvalwater op vlak van beluchtingsenergie en ruimte vereist, en herwinning van water, energie, nutriënten en koolstof. Gedecentraliseerde grijs- en zwartwaterbehandeling is aanzienlijk duurzamer dan gecentraliseerde behandeling maar kent nog een beperkte implementatie. Membraanbeluchte biofilmreactoren (MABR) zijn extreem energie- en ruimte-efficient maar bestaan nog niet in bronscheidings- of CO2-captatieconcepten. Membraanbioreactoren (MBR) zijn essentieel voor waterherwinning, maar nog niet gecombineerd met de MABR. MemBreather stelt als doel membraanaeratie en membraanfiltratie te combineren voor verregaande hulpbronnenefficiëntie. Strategieën zullen ontwikkeld worden om de beluchting, hybride biomassagroei (biofilm en vlokken) en filtratie te beheersen in dit unieke duale membraansysteem. Tactieken voor operatie op een COD/N-ratio van zwart-waterdigestaat tot grijs water zullen worden onderzocht, met inbegrip hulpbronefficiënte nitritatie/denitritatie en partiële nitritatie/anammox. Halve en volledige nitrificatie van N-rijk zwart-waterdigestaat zal getest worden, voor maximale N-herwinning voor fertigatie of hydroponie. Membraancollectie van CO2 zal ontwikkeld worden uit C-rijk grijs water, bijvoorbeeld voor serrebemesting. Tot slot zullen eerste economische inschattingen de haalbaarheid van deze MABR-gebaseerde oplossingen schetsen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Timmer Marijn Juliaan

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Terwijl bijna alle studies naar het terugwinnen van grondstoffen uit urine zich richten op stikstof, fosfor of kalium, was het lot van organische koolstof tot nu toe geen belangrijk aandachtspunt. Het is misschien een verrassing dat ongeveer de helft van de totale organische koolstof (C) die door het menselijk lichaam wordt uitgescheiden via faecaal materiaal en urine, effectief in de urine zit, voornamelijk in de vorm van ureum, dat ook de belangrijkste stikstofverbinding is die we uitscheiden. De productie van anorganische koolstof uit ureum (ureolyse) is goed bestudeerd en daarom zijn de meeste onderzoeken naar organische koolstof in urine gebaseerd op verbindingen die een chemisch zuurstofvraag (COD) veroorzaken en ongeveer een kwart van de organische koolstof vertegenwoordigen. Deze COD-houdende metabolieten zijn zeer belangrijk omdat sommige een sterke en soms schadelijke invloed hebben op de behandeling van urine en het daaropvolgende gebruik van meststoffen die van urine afkomstig zijn. In de afgelopen jaren hebben studies aangetoond dat de scheiding van de verwijdering van organische stoffen en de stabilisatie van stikstof leidt tot een efficiëntere beluchting en hogere nitrificatiesnelheden. Deze studie zal verder bijdragen aan het onderzoek dat wordt uitgevoerd voor het nitrificerende 'compartiment 3' (C3), als onderdeel van het Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) dat ontwikkeld wordt door het Europees Ruimteagentschap (ESA). Het hoofddoel is om de biologische omzetting van COD-bevattende metabolieten naar CO2 te maximaliseren en deze te bestuderen tijdens de opslag van urine, nitrificatie en een optionele extra behandelingsstap. Voor het eerst zal er licht worden geworpen op de kwaliteit en kwantiteit van een hele reeks organische stoffen in urine en hun lot tijdens de verschillende behandelingsstappen. Een belangrijk aspect is het ophelderen van de belangrijkste metabolismen en micro-organismen die betrokken zijn bij deze omzettingen, om een verbeterde synthetische gemeenschap voor te stellen voor toepassingen in de ruimte, die een vergelijkbare robuuste en uitgebreide COD-omzetting kan bieden als in bestaande terrestrische systemen gebaseerd op open gemeenschappen. Het onderzoek zal bijdragen aan het verbeteren van de koolstofomzettingsrendementen bij de behandeling van urine, maar ook aan een optimale lay-out voor koolstofterugwinning in de foto-autotrofe compartimenten verderop in de kringloop voor voedselproductie. Dit doctoraatsonderzoek van Nele Kirkerup wordt voornamelijk uitgevoerd bij Eawag/ETH Zürich, onder supervisie van prof. Kai Udert, met een internationaal studieverblijf aan de Universiteit Antwerpen, onder supervisie van prof. Siegfried Vlaeminck.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Conventionele klimaatmitigatie alleen zal niet in staat zijn de atmosferische CO2-concentraties te stabiliseren op een niveau dat compatibel is met de opwarmingslimiet van 2°C van het Akkoord van Parijs. Veilige en schaalbare negatieve-emissietechnologieën (NET's), die actief CO2 uit de atmosfeer verwijderen en koolstof (C) op lange termijn vastleggen, zullen nodig zijn. Snelle vooruitgang bij de ontwikkeling van NET's is nodig, om deze technologieen op grote schaal te kunnen inzetten en de overschrijding van omslagpunten in het aardse systeem te kunnen voorkomen. Toch zijn er nog geen NET's klaar om op een duurzame, energie-efficiënte en kosteneffectieve manier grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer te halen . BAM! ontwikkelt 'super bio-versnelde mineraalverwering' als een radicale, innovatieve oplossing voor de NET-uitdaging. Hoewel versnelde silicaatverwering (ESW) eerder naar voren werd geschoven als een potentiële NET, is de huidige onderzoeksfocus op 1/ ex natura carbonatatie of 2/ langzame in natura ESW, gelimiteerd in zijn mogelijkheden. BAM! concentreert zich op een ongeëvenaarde reactortoepassing om de biotische verweringsstimulatie te maximaliseren met een lage input van hulpbronnen, en de implementatie van een geautomatiseerd, snel lerend proces dat het mogelijk maakt kritische doorbraken op het gebied van verweringsgraad snel aan te nemen en te verbeteren. De ambitie is om een NET te ontwikkelen dat kan ingezet worden tegen klimaatrisico's op de korte termijn (binnen 10-20 jaar). BAM! bouwt voort op de natuurlijke processen die hebben geleid tot sterke veranderingen in natuurlijke silicaatverwering en verankert deze in een nieuwe reactortechnologie. Het ambitieuze doel is de ontwikkeling van een onmisbare oplossing voor klimaatmitigatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Perreault Patrice

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Enviromics is een multidisciplinair consortium van UAntwerpen-onderzoekers met een focus op milieuwetenschappen en -technologieën. Door impactvolle fundamentele en interdisciplinaire benaderingen in de biologie, (bio) chemie en (bio) engineering biedt het consortium bio-gebaseerde oplossingen voor ecosysteemuitdagingen, door een sterke interactie tussen drie pijlers (i) Milieutoepassingen en natuur-gebaseerde oplossingen, (ii) Detectie en analyse van chemicaliën en milieupollutie en (iii) Microbiële technologie en bio-gebaseerde materialen. Het geheel wordt ondersteund door duurzame productontwikkeling en technologie-assessment. Door een hernieuwde en strakkere focus tekent het ENVIROMICS consortium nu voor een slankere en meer dynamische vorm. Door intensievere samenwerkingen met verschillende belanghebbenden, zowel nationaal als internationaal, wordt de hefboom voor het creëren van verbeterde bedrijfs- en maatschappelijke impact versterkt. Het consortium wordt sterk beheerd door een team van twee hooggeprofileerde onderzoekers samen met een IOF-manager en een projectmanager, beide met duidelijk omschreven taken en in nauw contact met de consortiumleden en de centrale Valorisatie-eenheid van de universiteit. Het consortium heeft een sterke en groeiende IP-positie, voornamelijk op het gebied van milieu/elektrochemische detectie en microbiële probiotica, twee belangrijke punten van het onderzoeks- en toepassingsprogramma. Eén spin-off is gecreëerd in 2017 en er zullen er nog twee in de komende drie jaar worden opgezet. De directe interactie met productontwikkelaars zorgt voor het bereiken van hogere TRL-producten. Naast een groeiend portfolio van industriële contracten, creëren we, waar relevant, een tastbare maatschappelijke impact, inclusief benaderingen van citizen science. Door de sterkere hefboomwerking die wordt gecreëerd door de nieuwe structuur en partnerschappen, zullen we beide met elkaar verweven takken aanzienlijk ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Blust Ronny
• Co-promotor: De Wael Karolien
• Co-promotor: Dries Jan
• Co-promotor: Du Bois Els
• Co-promotor: Lebeer Sarah
• Co-promotor: Meire Patrick
• Co-promotor: Meysman Filip
• Co-promotor: Samson Roeland
• Co-promotor: Schoelynck Jonas
• Co-promotor: Vandermoere Frederic
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Dardenne Freddy

Onderzoeksgroep(en)

• Ecosphere

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

BIOVEXO demonstreert een set nieuwe en innovatieve biopesticiden tegen de fytopathogene bacterie Xylella en diens overbrengende schuimcicadevector, om een ziekte te genezen die een ernstige bedreiging vormt voor de productie van olijven en amandelen in het Europese Middelandse Zeegebied. De biopesticiden van BIOVEXO zullen de input van chemische insecticiden verminderen, en zullen de Europese olijfkweek duurzaam beschermen en laten groeien in zijn waardevolle socio-economische context. De producten zullen getest worden voor gebruik in curatieve en preventieve benaderingen (geïntegreerde gewasbescherming). BIOVEXO zal mechanistisch inzichten leveren van de biopesticidenwerking om de finale productontwikkeling te ondersteunen, en zal de ecologische en economische duurzaamheid analyseren door levenscyclusanalyse (LCA) en study van risico's, toxiciteit en pathogeniciteit. Universiteit Antwerpen is voornamelijk betrokken bij de LCA-activiteiten. Grondige evaluatie m.b.t. het naleven van de regelgeving zal de producten voorbereiden tot een vlotte marktintrede na het project.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Moretti Michele
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microorganismen worden al sinds de vroegste tijden gebruikt voor brood bakken, bier brouwen, wijn maken en voedselconservering. De enorme biochemische en fysiologische verscheidenheid van microorganismen wordt vandaag steeds meer benut om chemicaliën en nanomaterialen te produceren, en ook voor de ontwikkeling van nieuwe bio-electrische systemen en nieuwe methoden voor afvalwaterzuivering. Bovendien is het duidelijk dat mensen, dieren en planten sterk beïnvloed worden door hun microbioom, wat heeft geleid tot nieuwe medische behandelingen en landbouwkundige toepassingen. Recente vooruitgang in de moleculaire biologie en genetische manipulatie bieden ongekende mogelijkheden voor de ontwikkeling van nieuwe microbiologie-gebaseerde technologieën. Net zoals de natuurkunde en techniek het leven in de 20e eeuw hebben getransformeerd, zo kan de snelle ontwikkeling van (micro)biologie de wereld in de komende decennia veranderen. Het Excellentie Centrum "Microbiële Systeem Technologie" (MST) zal de expertise in microbiële ecologie en technologie aan de UAntwerpen bundelen en consolideren. MST zal de meest recente technologieën en interdisciplinaire systeembiologie benaderingen toepassen om microorganismen en hun omgeving beter te leren kennen en zo de ontwikkeling van nieuwe technologieën en toepassingen te bevorderen. MST verbindt recent ontwikkelde onderzoekslijnen binnen UAntwerpen in de onderzoeksgebieden microbiële ecologie, medische microbiële ecologie, plantenfysiologie, biomaterialen en nanotechnologie met essentiële expertise in nieuwe sequencing-technieken en bioinformatica. Door de krachten te bundelen kunnen nieuwe en interessante ontwikkelingen sneller worden geïntegreerd in het onderzoek, wat zal leiden tot een stimulering van de ontwikkeling van nieuwe microbiële producten en processen, zoals functionele voeding, diervoeder en meststoffen, probiotica, en nieuwe biosensoren en bio-electronica toepassingen. Hierdoor kan MST een belangrijke bijdrage leveren aan een duurzame verbetering van humane gezondheid en van de leefomgeving.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Meysman Filip
• Co-promotor: Beemster Gerrit
• Co-promotor: Laukens Kris
• Co-promotor: Lebeer Sarah
• Co-promotor: Verbruggen Erik
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Geobiologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het agrovoedselsysteem wordt geconfronteerd met milieu-uitdagingen, via impact op de kwaliteit en kwantiteit van zoet water, biodiversiteit en klimaat. De Farm-to-Fork-strategie van de EU promoot circulaire landbouw om de afhankelijkheid van niet-hernieuwbare hulpbronnen te verminderen en de uitstoot terug te dringen. Het concept mist echter duidelijkheid en meetmethoden. Wij introduceren Cycle Count (CyCt) en Use Count (UseCt) als indicatoren. CyCt beoordeelt de efficiëntie van het gebruik van nutriënten, terwijl UseCt de cycli en verliezen van nutriënten volgt. Deze indicatoren leggen een verband tussen nutriëntenbeheer, -efficiëntie en -verliesreductie, die per agrovoedselsysteem verschillen. De indicatoren CyCt en UseCt zijn bedoeld om een benchmarkingkader te bieden voor duurzame voedselsystemen, rekening houdend met diversiteit en verschillende praktijken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microbieel eiwit is een alternatieve en duurzame eiwitbron voor diervoeders en humane voeding. Eerder onderzoek heeft het potentieel aangetoond minder duurzame, conventionele eiwitbronnen te vervangen in voeders voor aquacultuur en in humane diëten. Dit project gaat in op technologische en niet-technologische uitdagingen om nieuwe microbiële eiwitprocessen en -producten te ontwikkelen en te implementeren die zowel technisch en maatschappelijk rendabel zijn. Voor de productie van purperbacteriën en aerobe heterotrofen worden innovatieve secundaire en hernieuwbare grondstoffen bekeken. Om de nutritionele en functionele kwaliteit van de biomassa te optimaliseren, zullen microbiële controle-instrumenten en innovaties op het gebied van 'downstream processing' worden ontwikkeld en geautomatiseerd. Om het keuzeproces voor implementatie van nieuwe eiwitproducten en -technologieën te ondersteunen, zullen milieueffecten en sociale acceptatiefactoren worden bepaald. De milieu-impact van producten en processen zal worden geëvalueerd met behulp van levenscyclusanalyse. Dit laat toe om te evalueren of de microbiële producten superieur zijn aan conventionele eiwitbronnen. Sociaal wetenschappelijk onderzoek, zoals interviews en enquêtes, zal worden uitgevoerd om acceptatiefactoren van producten en technologieën te achterhalen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Alloul Abbas
• Co-promotor: Spiller Marc
• Co-promotor: Vandermoere Frederic

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De productie van single-cell protein (SCP) op afvalwater van de voedings- en drankenindustrie is een grondstofefficiënte waterzuiveringsmethode waarbij secundaire organische componenten en stikstof worden opgewaardeerd tot eiwit voor diervoeder. Deze afvalstromen zijn economisch geschikt voor de hogesnelheidsproductie van aerobe heterotrofe bacteriën in open systemen. Systeemfluctuaties van deze aanpak leiden echter tot variabiliteit in nutritionele SCP-kwaliteit, wat de huidige toepasbaarheid beperkt. Hoewel heel wat milieubiotechnologische oplossingen het potentieel van biostimulatie of -augmentatie heeft aangetoond, zijn deze nog niet onderzocht voor SCP-productie op afvalwater. ProGenius wil een meer stabiele en voorspelbare microbiële gemeenschap creëren die leidt tot een betere productkwaliteit. ProGenius gebruikt hiervoor slimme biostimulatie- en -augmentatiestrategieën, gebaseerd op hernieuwbare co-substraten en een nieuw opkweekconcept. De keuze en dosering van biostimulanten zullen worden getest met uit eigen aanrijkingen en uit de literatuur geselecteerde bacteriën. Verder zal een zijstroomopkweekreactor met optimale groeiomstandigheden gekoppeld worden aan de hoofdstroomreactor voor SCP-productie. Op basis van de SCP-opbrengst en kwaliteit zal de beste configuratie worden getest met echt effluent. De geavanceerde gemeenschapsengineering van ProGenius beoogt een beter SCP-product dat aantrekkelijk is als betrouwbaar en duurzaam voederingrediënt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: González Cámara Sergio

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het sluiten van kringlopen is een kernprioriteit voor slim grondstofbeheer in Vlaanderen. De stikstofcyclus in het bijzonder heeft aandacht nodig, want het huidige onduurzame beheer van ammoniakale stikstof (N) beschadigt kwetsbare ecosystemen en onze gezondheid. Een cruciale kans voor een slimmer en meer grondstofefficiënt beheer, is het herwinnen van N uit gasvormige en vloeibare afvalstromen. Zo worden N-emissies vermeden, verwijdering als N2 vervangen en/of industriële productie van kunstmest verminderd. De meest gebruikte technologie voor N herwinning is een zure wasser, toegepast rechtstreeks op ammoniakrijke lucht of na strippen van NH3 uit slurry of afvalwater. Het gebruik van minerale zuren is weliswaar duur en gevaarlijk, en de productie ervan is schadelijk voor het milieu. Bovendien verzuurt de typisch geproduceerde ammoniumsulfaatoplossing de bodem, wat kan leiden tot extra bekalkingskosten. Nitraliser is een innovatief en duurzaam concept om biotechnologisch protonen en nitraat te produceren (bioconverteer), en te recirculeren over een voorafgaande wasser (capteer) en een daaropvolgende elektrochemische cel of elektrodialyse-eenheid (concentreer). De onderzoeksuitdagingen liggen bij nitrificatie onder extreme omstandigheden en bij het ontwerp, de operatieparameters en de koppelstrategie met de andere subeenheden. De bekomen nitraathoudende oplossingen hebben kosten-, veiligheids- en milieuvoordelen t.o.v. een zure wasser, en leiden niet tot bodemverzuring.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: De Sutter Vincent

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gezonde lucht is een kernprioriteit voor Vlaanderen, naast het extraheren van grondstoffen uit vervuilde lucht en gassen. De stikstofcyclus vergt dringend onze aandacht. Het huidige onduurzame beheer van ammoniakale stikstof (N) beschadigt kwetsbare ecosystemen en onze gezondheid. Vandaag wordt de technologie van zure wasser gebruikt om stikstof uit de lucht te halen. Het gebruik van minerale zuren zoals zwavelzuur is echter duur en gevaarlijk. De productie en transport van minerale zuren zijn bovendien schadelijk voor het milieu. Het eindproduct van wassen is een ammoniumsulfaatoplossing die landbouwbodems verzuurt en leidt tot extra bekalkingskosten. Er is echter een unieke kans om op een meer duurzame manier N uit ammoniakhoudende lucht en gassen te herwinnen. We hebben de bouwstenen in handen om een technologische oplossing te ontwikkelen om N-rijke lucht te verwerken als grondstof in een circulaire economie voor de productie van meststoffen. Hierbij vermijden we emissies en we ontwikkelen een duurzame strategie voor de landbouw. BioCatcher 2 bestudeert een innovatief biowasserconcept met de microbiële productie van protonen en nitraat. Ontwikkelingsuitdagingen liggen bij een slimme koppelingsen controlestrategie tussen de scrubber- en nitrificatie-eenheden, beiden bedreven onder extreme omstandigheden. De ammoniakbehandeling en geproduceerde nitraathoudende oplossingen hebben minder kosten, zijn veiliger en beter voor het milieu.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project beoogt inzicht te verwerven in de ervaren waarde van kraanwater door de Vlaamse huishoudelijke drinkwaterklant, de samenhang hiermee met prijsperceptie, en de verklarende achterliggende factoren d.m.v. een combinatie van literatuurstudie, een kwalitatieve exploratie en een internationaal vergelijkend kwantitatief onderzoek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vandermoere Frederic
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Centrum voor Onderzoek naar Ecologische en Sociale verandering (CRESC)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nutriënten zijn van levensbelang, niet alleen voor individuele organismen maar ook voor hele ecosystemen. Het SKALAR SAN++ Advanced System laat ons toe om een hele reeks nutriënten in continue doorvloei te analyseren. Het is van essentieel belang voor het onderzoek van de nieuwe onderzoeksgroep ECOSPHERE rond aquatische en terrestrische ecosystemen, waarbij nutriëntanalyse in water, planten en bodem essentieel zijn, en voor de onderzoeksgroep DuEL waar nutriëntanalyse in afvalwaterstromen en microbiële groeimedia onontbeerlijk zijn. Het toestel levert ook analyse diensten aan vele andere onderzoeksgroepen en externe partijen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Boeck Gudrun
• Co-promotor: Bervoets Lieven
• Co-promotor: Schoelynck Jonas
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Ecosphere

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

PROMIPOL brengt een interdisciplinair team samen om een revolutionaire nieuwe route te ontwikkelen voor de productie van polymeren. Dit doen we door bacteri n te kweken op bouwstenen die zijn afgeleid van CO2 en CO zoals ethanol en methanol. De bacteri n zijn rijk aan eiwitten (>60% van het drooggewicht) en hoewel het algemeen bekend is dat bepaalde eiwitten kunnen worden gebruikt voor bijvoorbeeld het produceren van folies voor voedselverpakkingen, is er tegenwoordig geen kennis over microbi le eiwitten als bron van polymeren voor verpakkingen of andere toepassingen. Bovendien kunnen de bacteri n, afhankelijk van de groeiomstandigheden, ook polyhydroxyalkanoaten (PHA) produceren als tweede klasse van polymeren. We zullen bacteri n kweken die food grade zijn, de verhoudingen tussen eiwitten en PHA verfijnen en vervolgens deze twee bronnen samen of afzonderlijk extraheren om de koolstofopbrengst te maximaliseren. Door deze polymeren met variabele samenstelling te verwerken, bijvoorbeeld door extrusie, en door hun eigenschappen te onderzoeken, kunnen we voor het eerst beoordelen of ze kunnen worden gebruikt voor voedselverpakkingen of andere toepassingen. Op basis van de toepassingen zullen potenti le markten worden onderzocht en zullen de belangrijkste onderzoeksvragen worden ge dentificeerd voor toekomstige gezamenlijke projecten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Dries Jan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Siervissen zijn de derde en vijfde meest voorkomende groep huisdieren in respectievelijk de Verenigde Staten en de Europese Unie, en guppy is één van de meest populaire tropische zoetwatervissen. Deze markt en hieraan gelinkte milieuaspecten blijven groeien, wat visvoerleveranciers stimuleert om nieuwe ecologische ingrediënten te gebruiken die gezondheid, fitheid en kleur verbeteren. Microalgenbiomassa, astaxanthine en verschillende probiotica zoals Pediococcus acidilactici zijn al verkrijgbaar in commerciële voerformuleringen voor aquarianen. Een veelbelovend nieuw duurzaam ingrediënt is microbiële biomassa op basis van purper niet-zwavelbacteriën (PNSB). Eerder onderzoek heeft het gebruik ervan aangetoond als probioticum en eiwitvervanger voor garnalen en andere aquacultuurtoepassingen. Octrooien en wetenschappelijke literatuur over de implementatie van PNSB-biomassa in siervissenvoer zijn beperkt, met uitzondering van het onderzoek uitgevoerd door de Universiteit Antwerpen. PurpleGuppy wil de toegevoegde waarde van PNSB-biomassa in siervisvoer verder aantonen en valoriseren. Voedertesten met guppy's hebben als doel de voordelen van PNSB als voeringrediënt op vlak van gezondheid en esthetiek te bekrachtigen, wat zal resulteren in voerformuleringsprotocollen met een aantrekkelijke baten-kostenverhouding.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Boeck Gudrun
• Co-promotor: Alloul Abbas
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Ecosphere

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een transformatie van het landbouw gebaseerde voedselsysteem is dringend nodig om de snelgroeiende wereldbevolking duurzaam te voeden. Microbiële biomassaproductie voor humane voeding, i.e. microbiële eiwitten, biedt een oplossing, met name wanneer het geproduceerd wordt op hernieuwbare H2 en CO2-afgeleide verbindingen (e.g. CH4, CH3OH, HCOOH). Purper niet-zwavelbacteriën (PNSB) zijn qua voedingswaarde aantrekkelijk voor fotoheterotrofe eiwitproductie. Hoewel ze metabolisch veelzijdig zijn, blijft de groei en voedingskwaliteit van PNSB gekweekt voor aërobe of fototrofe waterstof- of methylotrofie grotendeels onontgonnen. Het doel van PurpleSky is om het gebruik van H2 en C1-verbindingen voor PNSB te verhelderen en te sturen naar hoogwaardige voedzame biomassa. Het project zal pionieren in het isoleren van nieuwe PNSB-specialisten voor H2 en C1-verbindingen. Bekende en nieuwe stammen zullen in-silico worden getest om de voedingskwaliteit gerichte af te stemming doormiddel van genoomschaal metabole modellen en fluxbalansanalyses. Deze benadering zal het mogelijk maken om efficiënt de beste parameter- en stamcombinaties te selecteren. Ten slotte zullen bioreactor 'proofs of concept' voor aërobe en fototrofe groei worden opgesteld om te onderzoeken hoe de voedingsstrategie en fotoperiode de voedingskwaliteit bepalen. De mechanisme-gestuurde benadering van PurpleSky voor microbiële eiwitproductie is nieuw en een essentiële stap voorwaarts voor land- en fossielvrije PNSB-productie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Alloul Abbas

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De toenemende wereldbevolking en levensstandaard vereisen een eiwittransitie voor een meer duurzaam voedingssysteem. Een oplossing hiertoe ligt bij microbieel eiwit, i.e. het gebruik van microbiële biomassa als alternatieve eiwitbron voor menselijke voeding. Dit is in het bijzonder duurzaam als gebaseerd op hernieuwbare elektron- en koolstofbronnen die geen landbouwgrond noch fossiele brandstoffen vereisen. Dit wordt mogelijk gemaakt door de bewegingen naar groene elektrificatie en koolstofcaptatie die nieuwe routes leveren voor H2, CO2 en van CO2 afgeleide componenten (e.g. methanol, mierenzuur, azijnzuur). Kernuitdagingen liggen bij het produceren van microbiële biomassa op deze componenten dat voedzaam en praktisch bruikbaar is. In het project Air2Protein zal een doelgerichte benadering gebruikt worden om de beste strains, metabolismes en kweekcondities te selecteren vertrekkende van H2, CO2 en/of CO2-derivaten. Daarbij is niet enkel het eiwitgehalte van belang, maar ook essentiële aminozuren en vetzuren, en vitamines. Daarenboven zullen nieuwe benaderingen verkend worden voor stabilisatie en andere downstream processing. Air2Protein sluit aan bij de duurzame H2- en CO2- gebaseerde economie, en wil bijdragen tot nieuwe voedzame en bruikbare eiwitingrediënten voor de voedingsindustrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Alloul Abbas
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Langetermijnsmissies naar Mars of de Maan vereisen een autonome productie van elementaire consumables voor de crew, zoals water, zuurstof en voedsel. Regenerative life support systems (RLSS) raffineren en opwaarderen beschikbare stromen (e.g. keukenafval, faecaal materiaal, urine, douchewater en condensaat) tot dergelijke essentiële producten. MELiSSA (micro-ecological life support system alternative) is het RLSS-programme van het Europees ruimtevaartagentschap (ESA). Nitrificatie is een microbieel proces dat binnen MELiSSA een sleutelrol speelt, en produceert een stabiele nitraatrijke stroom die ingezet wordt voor voedselproductie, met planten en microalgen. Expertenadvies aan de pilootinstallatie van MELiSSA aan de Universitat Autònoma de Barcelona zal er toe bijdragen dat urinenitrificatie vlot kan geïntegreerd worden in de complete life support loop.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Microbieel eiwit is een alternatieve en duurzame eiwitbron voor diervoeder en menselijke voeding. In dit project wordt een nieuwe productiemethode onderzocht voor microbieel eiwit op effluenten van food en beverage-sector. Voorgaand onderzoek demonstreerde bijvoorbeeld een excellent vervangpotentieel voor onduurzame eiwitbronnen in aquafeeds. Controleparameters voor de microbiële gemeenschap, en hun automatisatie, zullen ontwikkeld worden om de nutritionele kwaliteit van de biomassa te sturen. Daarenboven, met drogen als één van de grotere kostenposten, zal het onderzoek droogomstandigheden optimaliseren, en alternatieve downstream processing exploreren. Het project zal biotechnologie opleveren om een kostenefficiënt hoogwaardig microbieel eiwit te produceren, wat de toegang vereenvoudigt tot de diervoedermarkt. De veeteelt- en aquacultuursectoren zijn dringend op zoek naar alternatieve eiwitbronnen, en verschillende valorisatieroutes zijn mogelijk, bijvoorbeeld gebaseerd op licensing aan food en beverage-bedrijven en/of de afvalwaterzuiveringsindustrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Wereldwijd staan we voor grote uitdagingen op het vlak van waterstress en -zekerheid door meer frequente en ernstige droogte in combinatie met een toenemende vraag naar water vanuit de maatschappij. Industriële activiteiten spelen een kernrol bij deze maatschappelijke watervraag, en zijn tegelijkertijd de eersten die impact ondervinden van tekorten. In Vlaanderen bijvoorbeeld is een kwart van de bruto toegevoegde waarde afkomstig van industriële activiteiten, maar tegelijk is de regio enorm kwetsbaar inzake waterbeschikbaarheid omdat 40-80% van de huidige waterbronnen volledig benut worden. De industrie is ook de eerste partij die haar rechten om te produceren verliest bij extreme droogte, wat nefast is voor haar economisch rendement. De industrie heeft al haar bezorgdheid hierover geuit, maar geeft toe niet voorbereid te zijn voor effectieve problemen. Industriële watergebruik is complex naar kwantiteit, kwaliteit en dynamiek toe, wat het moeilijk maakt om opportuniteiten bloot te leggen zonder de hulp van holistische computationele hulpmiddelen. Industriële sites bieden weliswaar heel wat mogelijkheden naar efficiënt watergebruik en industriële ecologie toe, gezien de individuele activiteiten dicht bij elkaar gelocaliseerd zijn en diverse karakteristieken naar vraag en aanbod toe vertonen. Het efficiënt beheren van water met een focus op het gebruik van 'alternatieve waterbronnen' zoals gezuiverd afvalwater en regenwater is dus zeer belangrijk om een duurzame groei van de Vlaamse economie te ondersteunen. De Blue Deal van de Vlaamse regering maakt van alternatieve waterbronnen een speerpunt, wat de urgentie van deze uitdaging benadrukt. Het doel van de Water Reuse and Exchange Advanced Computational Tool (WaterREACT) is modelcode te prototyperen dat zorgt voor een minimale watervraag van industriële zones naar externe, 'conventionele' bronnen, i.e. kraantjes-, oppervlakte- en grondwater. WaterREACT mikt er zo op bedrijven te helpen om te plannen rond circulair watergebruik en regenwatergebruik op industriële sites. In het bijzonder richt het modelalgoritme er op computatiegebaseerde input te leveren voor beslissing, door scenario's door te rekenen die wateruitwisseling o.b.v. alternatieve bronnen tussen bedrijven optimaliseren, en afhankelijkheid van conventionele bronnen minimaliseren. Overeenkomsten tussen vraag naar en aanbod van water zullen gevonden worden gebaseerd op de hoeveelheid, kwaliteit en temporaliteit van de stromen. Bijkomend wordt er rekening gehouden met de nabijheid van aanbod- en vraagpunten, samen met de behandelingsopties om de kwaliteit te verbeteren. De uitwisseling van water kan worden gesimuleerd tussen twee of meerdere bedrijven. Om beslissing te ondersteunen, zullen indicatoren berekend zoals de waterrobuustheid, kost en milieu-impact van de verschillende scenario's. In het beginstadium van het project zullen de verwachtingen van de eindgebruikers en klanten in kaart gebracht worden, en gebruikt worden om het minimum viable product en de valorizatietrajecten te definiëren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc
• Co-promotor: Verhaert Ivan

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Legionella is een bacterie die veel processen kan treffen die op hogere temperatuur of discontinu werken. Opvolging van deze bacterie gebeurt momenteel vooral aan de hand van microbiologische testen zoals uitplatingen. Dit project onderzoekt of Legionella kan worden opgespoord aan de hand van artificiële intelligentie om zo efficiënter bestaande processen te monitoren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Van Winckel Tim

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tegen 2050 zal onze planeet 9.7 miljard mensen en hun gulzige consumptie moeten dragen. Dit impliceert een enorme druk op de vlees-en visproductie. Momenteel wordt de helft van onze vis geproduceerd met aquacultuur, dewelke voor 33% wordt gevoed met wildvangst. Een sterke achteruitgang van biodiversiteit en visbestanden lijken onvermijdelijk. Echter, microbieel proteïne (MP) wordt voorgesteld als alternatief voor traditioneel visvoeder. Dit MP kan worden geproduceerd op lokale afvalstromen en creëert zo een circulaire oplossing voor de toenemende stress op mariene ecosystemen. De effluenten van de voedingsnijverheid kunnen worden beschouwd als aantrekkelijke secundaire grondstof, gezien ze hoge concentraties aan organisch materiaal en nutriënten bevatten en bovendien vrij zijn van pathogene of toxische elementen. De snel groeiende en proteïnerijke aerobe heterotrofe bacteriën (AHB), aanwezig in de conventionele afvalwaterzuivering, blijken een ideale kandidaat voor dit microbieel proteïne concept. Het AquaPro project beoogt de ontwikkeling van een kwaliteits-gestuurde AHB gebaseerde MP cultivatie op secundair effluent. Om de stabiliteit, kwaliteit en kwantiteit van het MP optimaal te sturen wordt een geïntegreerd controle systeem op basis van respirometrie en hernieuwbare methanol dossering voorgesteld. Het hoogwaardig MP eindproduct kan gevaloriseerd worden als ingrediënt in aquacultuur voeder, wat een circulair en duurzaam antwoord biedt op het groeiende proteïne tekort.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: De Boeck Gudrun
• Mandaathouder: Willemen Annemie

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In NutriFlow werken Universiteit Gent, Universiteit Antwerpen, de European Biogas Association en United Experts samen om material/substance flow analyses (MFA/SFA) uit te voeren voor de Vlaamse Milieumaatschappij (VMM). In het bijzonder wordt gefocust op stikstof, fosfor en eiwit binnen de agrovoedingsketen. Nuttige indicatorparametuers zullen hieruit afgeleid worden om de duurzaamheid te karakteriseren van het beheer van de gerelateerde grondstoffen en producten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In deze samenwerking tussen SEMiLLA IPStar, het Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS) en de Universiteit Antwerpen zal een proof of concept geleverd worden voor de terrestrische valorisatie van ruimtetechnologie. In het micro-ecological life support system alternative (MELiSSA)-programma van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) spelen purperbacteriën een belangrijke rol in de behandeling van afvalstromen en de productie van hoogwaardige biomassa. Het potentieel zal onderzocht worden m.b.v. een racewayreactor, met inbegrip van het gebruik van de producten voor plantaardige productie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nuttige micro-organismen hebben een wijd scala aan biomedische, milieu en engineering toepassingen. Vele fundamentele en meer toegepaste O&O projecten worden gehinderd door de nood aan geavanceerde apparatuur voor de opschaling van en het processen van de microbiële culturen. Een consortium van bio-, burgelijke, en farmaceutische ingenieurs brengen de toepassingen van en het onderzoek naar probiotica aan UAntwerpen verder voorruit. De focus ligt op het managen van gedeelde apparatuur en expertise. Het hart van de apparatuur is een 100 l piloot bioreactor voor bacteriën, gisten en algen. Het toestel is volledig computer gestuurd en gemonitord en uitgerust met een steam-in-place unit. Het is verder uitgerust met sensoren en valven die de automatische sturing van belangrijke procesparameters (pH, opgeloste zuurstof, turbiditeit, …) toelaten. Het volledige systeem is GMP compatibel en in "pharmaceutical grade" staal. Een 10 l bioreactor is voorzien voor de optimalisatie van de cultuurcondities. De bioreactoren worden aangevuld met een incubator-schudder voor het opgroeien van inocula en post-processing apparatuur om de biomassa verder professioneel op te werken. Deze apparatuur bestaat voornamelijk uit een grotere lage-tot-hogesnelheidscentrifuge en een piloot sproeidroger voor verlenging van de houdbaarheid en de opwerking van de biomassa naar zijn toepassing.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lebeer Sarah
• Co-promotor: Kiekens Filip
• Co-promotor: Meysman Filip
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Slechts 20% van de stikstof die gebruikt wordt in de landbouw in de EU komt uiteindelijk in onze voeding terecht. De overgrote meerderheid komt vrij als reactieve stikstof in bodem, lucht en water, en heeft een belangrijke negatieve impact op de gezondheid van mens en milieu. Hoewel stikstof een hernieuwbare grondstof is, vraagt industriële stikstoffixatie uit de lucht veel energie (in het Haber-Boschproces) en is dit proces jaarlijks verantwoordelijk voor de uitstoot van belangrijke hoeveelheden broeikasgassen. Door stikstof te recycleren uit afvalstromen en op te waarderen tot herbruikbare producten, kan dit gevoelig verminderd worden. Een belangrijke toepassing is het gebruik als meststof voor plantaardige productie. Daarenboven is Vlaanderen gemarkeerd als een nitraatgevoelige zone, wat de noodzaak onderstreept om meer efficiënt en duurzaam om te gaan met nutriënten, door o.a. in te zetten op het hergebruik van de nutriënten in afvalstromen aanwezig. Ammoniumrijke vloeibare stromen kunnen volgens de huidige state of the art behandeld worden met stripping en zure wassing. Ammoniakrijke lucht of gassen met zure wassing. Belangrijke nadelen van dit proces zijn echter: i) hoge operationele kosten, en ii) gebruik van en de opslag van sterke zuren die belangrijke risico's meebrengen voor de gezondheid en een negatieve impact hebben op het milieu. BioCatcher biedt een oplossing voor deze problemen aangezien hier op een biologische en duurzame wijze vermeden wordt dat chemische zuren nodig zijn. In het project worden de operationele grenzen afgetast en vastgelegd, om inzicht te verkrijgen in de kritische parameters. In een tweede deel wordt een reactorprototype uitgetest en geoptimaliseerd om maximale gehaltes aan nuttige componenten te verkrijgen. Ten slotte wordt de economische haalbaarheid onderzocht.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Langdurige bemande ruimtemissies hebben de laatste jaren meer publieke belangstelling gekregen, maar brengen weliswaar grote en unieke ingenieursuitdagingen met zich mee. De luchtdruk in de cabine wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid inert stikstofgas die aanwezig is en kleine verliezen tijdens lange missies kunnen leiden tot condities ongeschikt voor leven. Op dit moment bestaan er geen ruimtevaarttechnologieën om het verloren stikstofgas te genereren o.b.v. lokaal beschikbare bronnen. Op aarde wordt stikstofgas microbieel geregenereerd met bacteriën die denitrificatie of anammox uitvoeren, processen die met succes worden toegepast in bijvoorbeeld afvalwaterzuiveringsinstallaties. Deze studie heeft tot doel deze microbiële technologie te extrapoleren naar ruimtetoepassingen, waarbij de in de urine van astronauten de aanwezige stikstof kan worden omgezet in inert stikstofgas. De "Nitrogenisor" zal gebruik maken van partiële nitritatie/anammox, als energie- en hulpbronefficiënt proces met minimale coproductie van koolstofdioxide. Toepassing van dit proces in een membraanbeluchte biofilmreactor zal zwaartekrachtonafhankelijke beluchting mogelijk maken. Nitrogenisor zou de nood om stikstofgas uit de aarde te halen verminderen, en tegelijkertijd risico's mitigeren m.b.t. het afval dat op het ruimteschip geproduceerd wordt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De aquacultuurvoeder en siervisvoer markt zijn vooral afhankelijk van vismeel als eiwitbron. Het gebruik hiervan is zeer controversieel, aangezien de productie voornamelijk afhankelijk is van wilde visvangst. Dit leidt tot overbevissing van de natuurlijke visbestanden. Het gebruik van microbiële biomassa als eiwitbron voor voeder, microbieel eiwit genaamd, kan een duurzaam alternatief bieden. Biomassa van purperen niet-zwavel bacteriën (PNSB) is een type van microbieel eiwit met een hoog eiwitgehalte, een uitstekende eiwitkwaliteit en een hoog vitamine- en pigmentgehalte. De werking als voederingrediënt is aangetoond, maar onderzoek dat verder gaat dan de voedingswaarde zoals gezondheids- of kleurverbeteringen, is beperkt. Het PurpleRace-project ontwikkelt eerst en vooral een productiemethode die de huidige hoge productiekosten van PNSB zullen verminderen op basis van racewaytechnologie. Ten tweede zal PurpleRace bewijs leveren van de voordelen van PNSB als voederingrediënt, met oog op een gedetailleerd protocol voor de formulering van een siervisvoedsel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: De Boeck Gudrun

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Partiële nitritatie/anammox kan bijdragen tot energiepositieven en dus meer duurzame rioolwaterzuivering. De gedoneerde middelen zullen gebruikt worden om onderzoek en ontwikkeling in dit domein te financieren, voor de bouw en operatie van bioreactoren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Verdunde fenolrijke stromen komen regelmatig voor in lignocellulosegebaseerde bioraffinaderijen. Fenolen worden vandaag de dag vaak als afval beschouwd. Enkele micro-organismen kunnen via fermentatie fenolen omzetten tot waardevolle intracellulaire componenten. Hierdoor wordt de lastige afvalstroom een grondstof en een economische opportuniteit. Om deze verdunde fenolstromen efficiënt te concentreren als intracellulaire componenten in microorganismen is het noodzakelijk het proces te versnellen. In de praktijk gebeurt dit vaak door de hoeveelheid micro-organismen, dus de biokatalysator, te verhogen en zo hoge celconcentraties te creëren. Voor het geïntegreerd fermenteren en terugwinnen van de intracellulaire producten ontbreekt een efficiënt economisch proces. Onze hypothese is dat het ontwerp van een nieuw reactortype, namelijk een reversibele geïmmobiliseerde celreactor (RIR), een mogelijke oplossing biedt. In deze reactor gebeurt achtereenvolgens adhesie van de cellen op een geschikte drager, fermentatie, en tenslotte desorptie om de intracellulaire componenten terug te winnen. Als een case-studie wordt de productie van microbiële olie onderzocht vertrekkend vanuit het fenolrijke hydrolysaat bekomen bij de thermochemische behandeling van lignocellulose. Het doel van dit project is het ontwerp van een economisch haalbaar proces voor het valoriseren van deze fenolrijke stroom. Het nieuwe proces zal bijdragen tot het bekomen van een biomassa-gebaseerde circulaire economie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Dries Jan
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Broos Waut

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Omdat er dagelijks een enorme hoeveelheid afvalwater wordt geproduceerd door huishoudens, industrie en landbouw, zijn efficiënte afvalwaterzuiveringstechnieken noodzakelijk. De meest kosteneffectieve manier om afvalwater te behandelen is het benutten van het biodegraderend vermogen van bacteriën. Om deze bacteriën in het systeem te houden moeten ze gescheiden worden van het zuivere water. Omwille van hun kleine afmetingen is aggregatie in actief-slibvlokken hiervoor noodzakelijk. De focus van dit project is het ontrafelen van het achterliggend mechanisme van "bioflocculatie". Onze hypothese is dat specifieke proteïnen zoals adhesines, aanwezig op bepaalde bacteriën, een sterke en specifieke binding aangaan met bepaalde suikers of proteïnen op andere bacteriën volgens het "key-lock" mechanisme. Daarom wordt een set van specifieke monitoring tools ontwikkeld voor (i) detectie en karakterisatie van adhesines, en (ii) kwantificatie van vloksterkte, gevolgd door gecontroleerde labo-experimenten die deze hypothese moeten ondersteunen. Hierna worden stalen van conventionele waterzuiveringsinstallaties gescreend, wat ook een indicatie zal geven van de variabiliteit in soorten adhesines. Tot slot worden nieuwe zuiveringsmethodes met de mogelijkheid voor grondstof- of energieherwinning (denk aan methaan) gescreend. Er wordt onderzocht of de aanwezigheid van deze adhesines de performantie van deze nieuwe systemen gericht en positief kan beïnvloeden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De doelstelling van SARASWATI 2.0 is het identificeren van de beste beschikbare en betaalbare technieken voor gedecentraliseerde afvalwaterbehandeling met de focus op grondstof-/energieherwinning en hergebruik in stedelijke en rurale omgevingen. Bovendien wordt de uitdaging aangegaan om hierbij real-time monitoring en automatisering uit te rollen. Tien piloottechnologieën zullen een verregaande verwijdering van organische vervuiling, nutriënten, micropolluenten en pathogenen demonstreren in India. Alle piloten laten grondstofherwinning toe volgens de principes van een circulaire economie, en ondergaan een comprehensieve performantieanalyse aangevuld met een duurzaamheidsanalyse. UAntwerpen, in samenwerking met TUDelft en IITKharagpur, is betrokken bij één van deze piloten die gebaseerd is op een innovatieve racewayreactor die purperbacteriën produceert op het afvalwater. UAntwerpen zal bovendien de levenscyclusanalyse (LCA) uitvoeren op de piloottechnologieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voorbehandeling is een kritieke stap bij de omzetting van lignocellulose in biobrandstoffen en biochemicaliën. Tijdens de voorbehandeling wordt de recalcitrantie van lignocellulose verminderd waardoor de koolhydraten toegankelijker worden voor enzymatische versuikering. Schimmeldelignificatie door witrotschimmels is een milieuvriendelijk alternatief voor chemische en fysicochemische methoden en wordt uitgevoerd in vastestoffermentatie met milde reactieomstandigheden en zonder de vorming van microbiële inhibitoren. Nadelen van deze technologie zijn echter de lange voorbehandelingstijd, de niet-selectieve en geringe delignificatie, de lage enzymatische hydrolyse en de vereiste sterilisatie van de grondstof. Deze studie onderzoekt de mogelijkheid om de vaste-stof schimmelvoorbehandeling van populierenhout door Phanerochaete chrysosporium te verbeteren en te karakteriseren. De effecten van MnSO4 en CuSO4 supplementen op de delignificatie van gesteriliseerd hout worden onderzocht met behulp van response surface methodologie. Vastestoffermentaties worden gedurende 4 weken uitgevoerd in steriele geventileerde flessen. Het mechanisme van de gecoördineerde werking van de metaalionen op de lignineafbraak wordt opgehelderd door de schimmelgroei en de ligninolytische enzymactiviteit te relateren aan de lignocelluloseafbraak als functie van de voorbehandelingstijd. Het geoptimaliseerde systeem met metaalsupplementen wordt vervolgens toegepast op de voorbehandeling van niet-gesteriliseerd hout met behulp van verschillende inoculatietechnieken, voedingsstoffen en cultuurtechnieken. De fermentaties worden vervolgens geanalyseerd met infraroodspectroscopie, in het bijzonder NIR- en ATR-FTIR-spectroscopie, om snelle kwantificeringsmethoden voor lignine te ontwikkelen. Ten slotte wordt de haalbaarheid van de productie van fermenteerbare suikers uit gesteriliseerd en niet-gesteriliseerd populierenhout met behulp van een schimmelvoorbehandeling geëvalueerd door middel van een technisch-economische analyse. Voorbehandeling van het hout met 2,01 µmol CuSO4 en 0,77 µmol MnSO4 g-1 hout resulteerde in een 1,9-voudig hogere lignineafbraak, een 2,3-voudig hogere selectiviteitswaarde voor delignificatie en een 2,9-voudig hogere glucoseopbrengst. Dit kan worden verklaard door de gezamenlijke werking van Mn2+ en Cu2+ ionen, waarbij Mn2+ ionen de productie van mangaanperoxidase stimuleren en Cu2+ deze verlengt. Schimmelvoorbehandeling onder niet-steriele omstandigheden met behulp van schotels zonder steriele beluchting. resulteerde in een vergelijkbaar hoge glucoseopbrengst (28,51 ± 0,28%) als de traditionele methode waarbij gesteriliseerd hout, steriele beluchting en sporen als inoculum werden gebruikt, terwijl de hoeveelheid te steriliseren hout met 71,2% werd verminderd. Op infraroodspectroscopie gebaseerde methoden met hoge determinatiecoëfficiënten (R_CV^2 ≥ 0.87) werden ontwikkeld voor een snelle en betrouwbare voorspelling van lignine in schimmelig voorbehandeld hout. De technisch-economische studie toonde aan dat het gebruik van niet-gesteriliseerd hout als substraat en voorgekoloniseerd hout als inoculum resulteerde in een verlaging van de suikerproductiekosten met 14,5% (€2,15/kg) in vergelijking met het gebruik van gesteriliseerd hout. Deze kostenverlaging kan worden toegeschreven aan de lagere gebruikskosten door de verminderde noodzaak tot sterilisatie. Hoewel veelbelovende kostenreducties aangetoond werden, bleef schimmelvoorbehandeling duurder dan conventionele chemische en fysicochemische methoden vanwege de hoge kapitaalkosten veroorzaakt door factoren zoals lange voorbehandelingstijd en lage suikeropbrengsten. Om deze uitdagingen te overwinnen, is het cruciaal om prioriteit te geven aan verder onderzoek dat zich richt op het screenen en ontwikkelen van schimmelstammen met snelle groeisnelheden, een hoge optimale groeitemperatuur en selectieve lignine-afbraakcapaciteiten, evenals procesoptimalisatie en opschaling.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Tavernier Serge
• Mandaathouder: Wittner Nikolett

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

SUSFERT adresseert het aanzienlijke gebruik van minerale meststoffen binnen de landbouw in de Europese Unie (EU), grotendeels gebaseerd op niet hernieuwbare grondstoffen, maar essentieel bij intensieve productie van gewassen om tegemoet te komen aan de vraag naar voedsel en voeder. SUSFERT zal multifunctionele meststoffen ontwikkelen voor de dosering van fosfor (P) en ijzer (Fe), passend in bestaande productieprocessen en de gangbare landbouwpraktijk in de EU.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Spiller Marc

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Rioolwaterzuivering is een energieconsumerend proces, terwijl het afvalwater nochtans in theorie veel energie bevat. Het slim benutten van deze energie kan als een conventionele installatie omgebouwd wordt tot een 2-trapssysteem. In de eerste trap kan zoveel mogelijk energie herwonnen, terwijl de twee trap dan energie-efficiënt de residuele polluenten kan verwijderen. Partiële nitritatie/anammox (PN/A) kan hierbij de sleutel vormen, gezien dit proces weinig zuurstof verbruikt, en geen nood aan organische koolstof heeft. Dit project mikt erop een slimme procescontrole te ontwikkelen, zodat PN/A als stabiel en robuust proces kan geïmplementeerd worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Van Tendeloo Michiel

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In 2050 zal de wereldwijde vraag naar voedzaam eiwit met ongeveer 50% stijgen. Op dit moment overschrijdt de traditionele meststof-voeder-voedsel keten en de vismeel-gebaseerde aquacultuur weliswaar al ernstig de ecologische draagkracht. Over de hele wereld gaan onderzoekers dan ook de zoektocht naar nieuwe en duurzame bronnen van eiwitrijk voedsel aan. Herwinning en hergebruik van hernieuwbare grondstoffen afkomstig van afvalstromen is één van de belangrijkste stappen om de impact op het milieu te beperken. De productie van 'Single Cell Protein' (SCP) sluit naadloos aan op deze maatschappelijke behoeftes, omdat microbiële technologie waarschijnlijk de meest hulpbronnenefficiënte wijze is om voedzaam eiwit te produceren. In dit nieuwe tijdperk van (meta)transcriptomics en (meta)proteomics wordt steeds meer duidelijk dat de mogelijkheden om biologische functies te sturen dusver sterk onderschat worden. Dit zorgt voor een sterke drijfveer om SCP voor het eerst fundamenteel en mechanistisch gedreven te benaderen. Hierbij is het bovendien interessant naast het potentieel van een individuele microbiële cel ook de genetische pool van een microbiële gemeenschap ten volle te benutten. Purper niet-zwavel bacteriën (PNSB) zijn vanuit nutritioneel oogpunt één van de meest aantrekkelijke types SCP, en zijn bovendien metabolisch gezien de meest veelzijdige organismen op aarde. Elk type van (sub)metabolisme staat voor verschillende (meta)proteomen, en dus nutritionele eigenschappen zoals het profiel aan essentiële aminozuren, de gastro-intestinale verteerbaarheid en het gehalte aan nucleïnezuren. Daarenboven is de stuurbaarheid van autotroof gekweekte PNSB op biotechnologisch vlak volkomen onontgonnen. Een set van 9 instrumenten werd afgeleid uit een aantal biologische en ecologische responsmechanismen. Op basis van recente proteoominzichten wordt verwacht dat verschillende cellulaire responsen aanleiding geven tot een sterk verschillende nutritionele kwaliteit. Op het niveau van de microbiële gemeenschap is het de bedoeling om synergistisch gebruik te maken van de volledige rijkdom van het metaproteoom en -transcriptoom afkomstig uit verschillende PNSB- en niet-PNSB-populaties. PurpleMENU maakt de brug van milieubiotechnologie naar duurzame chemie en voedingwetenschappen. Hierbij worden belangrijke inzichten ontrafeld die de basis leggen voor nieuwe bioprocessen, en misschien wel voor globale voedselzekerheid en duurzaamheid.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Spanoghe Janne

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Langetermijnsmissies naar Mars of de Maan vereisen een autonome productie van elementaire consumables voor de crew, zoals voedsel, zuurstof en water. Regenerative life support systems (RLSS) raffineren en opwaarderen beschikbare stromen (e.g. keukenafval, faecaal materiaal, urine, douchewater en condensaat) tot dergelijke essentiële producten. MELiSSA (micro-ecological life support system alternative) is het RLSS-programme van het Europees ruimtevaartagentschap (ESA). Nitrificatie is een microbieel proces dat binnen MELiSSA een sleutelrol speelt, en produceert een stabiele nitraatrijke stroom die ingezet wordt voor voedselproductie, met planten en microalgen. Expertenadvies aan de pilootinstallatie van MELiSSA aan de Universitat Autònoma de Barcelona zal er toe bijdragen dat nitrificatie vlot kan geïntegreerd worden in de complete life support loop.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Langetermijnsmissies naar Mars of de Maan vereisen een autonome productie van elementaire consumables voor de crew, zoals voedsel, zuurstof en water. Regenerative life support systems (RLSS) raffineren en opwaarderen beschikbare stromen (e.g. keukenafval, faecaal materiaal, urine, douchewater en condensaat) tot dergelijke essentiële producten. MELiSSA (micro-ecological life support system alternative) is het RLSS-programme van het Europees ruimtevaartagentschap (ESA). Nitrificatie is een microbieel proces dat binnen MELiSSA een sleutelrol speelt, en produceert een stabiele nitraatrijke stroom die ingezet wordt voor voedselproductie, met planten en microalgen. Expertenadvies aan de pilootinstallatie van MELiSSA aan de Universitat Autònoma de Barcelona zal er toe bijdragen dat nitrificatie vlot kan geïntegreerd worden in de complete life support loop.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Koolstof-, stikstof- en fosforverliezen van akkers en toenemende concentraties in oppervlakte- en grondwater of onder de vorm van broeikasgassen in de atmosfeer zijn acute milieuproblemen. Landbouw draagt significant bij tot deze emissies. In geïntegreerde benadering is nodig om dit probleem te mitigeren, gaande van landbouwkundige beheerspraktijken tot consumptiepatronen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Rioolwaterzuivering is een energieconsumerend proces, terwijl het afvalwater nochtans in theorie veel energie bevat. Het slim benutten van deze energie kan als een conventionele installatie omgebouwd wordt tot een 2-trapssysteem. In de eerste trap kan zoveel mogelijk energie herwonnen, terwijl de twee trap dan energie-efficiënt de residuele polluenten kan verwijderen. Partiële nitritatie/anammox (PN/A) kan hierbij de sleutel vormen, gezien dit proces weinig zuurstof verbruikt, en geen nood aan organische koolstof heeft. Dit project mikt erop een slimme procescontrole te ontwikkelen, zodat PN/A als stabiel en robuust proces kan geïmplementeerd worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In 2050 zal de wereldwijde vraag naar voedzaam eiwit met ongeveer 50% stijgen. Op dit moment overschrijdt de traditionele meststof-voeder-voedsel keten en de vismeel-gebaseerde aquacultuur weliswaar ernstig de ecologische draagkracht. Herwinning en hergebruik van lokale hernieuwbare grondstoffen afkomstig van afvalstromen is één van de belangrijkste stappen om de impact op het milieu te beperken, en dit doorbreekt bovendien de afhankelijkheid van import (e.g. soja). De productie van 'Single Cell Protein' (SCP) sluit naadloos aan op deze maatschappelijke behoefte, omdat microbiële technologie waarschijnlijk de meest hulpbronnenefficiënte wijze is om voedzaam eiwit te produceren. Afvalwater van de voedselindustrie, zoals brouwerijwater, is een ideale stroom om te valoriseren. Het BrewPro-project ambieert voor het eerst een proces te ontwikkelen dat toelaat de kwantiteit en kwaliteit van de productie van aerobe heterofe bacteriën te sturen. Het is de bedoeling een kosteneffectieve oogst en nabehandeling te bekomen, en een nutritioneel aantrekkelijk ingrediënt om in diervoeder te verwerken. Het concept is gebaseerd op een meertraps anaerobe/aerobe bioreactor. Op deze wijze wenst BrewPro bij te dragen tot een duurzame voedselketen door het slim inzetten van secundaire grondstoffen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Gomes De Sousa Gustavo

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Risicobeoordeling van kraantjeswater: van chemische screening van nieuwe organische micropolluenten tot risicocommunicatie. De veiligheid van drinkwater is heel belangrijk en vereist zorgvuldige detectie van zogenoemde micropolluenten of emerging contaminants, met inbegrip bijvoorbeeld farmaceutica, lichaamsverzorgingsproducten en pesticiden. Het is de bedoeling een praktisch haalbare screeningsmethode om dergelijke componenten te detecteren, hun toxiciteit te beoordelen en, als nodig, de geassocieerde risico's te beheersen. Dit project is interdisciplinair en betrekt ook sociologische wetenschappen gerelateerd aan risicoperceptie en -communicatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

MIC of Microbiologisch Beïnvloede Corrosie is erkend als een aparte corrosievorm waarbij een biologisch element dat het abiotische elektrochemische corrosieproces versnelt. MIC verwijst naar de invloed van micro-organismen op de kinetica van het corrosieproces van metalen. Deze versnelde vorm van corrosie kan niet worden gekoppeld aan één specifiek organisme maar veeleer met een verzameling van bacteriën die tegelijkertijd op dezelfde plaats in een microbieel consortium naast en samen met elkaar bestaan. De belangrijkste soorten bacteriën die algemeen geassocieerd worden met corrosie of ijzer of staal zijn sulfaat reducerende bacteriën (SRB), zwaveloxiderende bacteriën (SOB), ijzer-oxiderende / reducerende bacteriën (IOB / IRB), mangaan oxiderende bacteriën en bacteriën die organische zuren en extracellulaire polymere stoffen (EPS) of slijm afscheiden De klassieke mechanismen voor microbieel beïnvloede corrosie zijn: 1. Metabole productie van agressieve stoffen 2. Vorming van zuurstofcellen 3. Versnelling van anodische of kathodische reacties door depolarisatie 4. Waterstofbrosheid (depolarisatie). Het ballastwater afkomstig van schepen wordt in het algemeen gezien als een belangrijke oorzaak van de invoering van invasieve soorten in een omgeving zonder natuurlijke vijanden. De gevolgen van de introductie van deze nieuwe soorten zijn in veel gebieden verwoestend geweest. De nakende IMO ballast water conventie van 2004 (misschien van kracht dit jaar?) zal proberen om deze explosieve situatie onder controle te krijgen. Momenteel gebeurt dit al door middel van ballast water wissel op open zee maar in de toekomst zullen alle schepen uitgerust moeten worden met een ballastwater behandelingsinstallatie om de organismen effectief uit te schakelen. Een van de mogelijke technieken is het steriliseren van ballast water met behulp van UV-licht. Een system dat voldoet aan de D-2 norm (IMO, 2004) zal minstens volgende efficiëntie hebben; • niet meer dan 10 levensvatbare organismen per m³ ≥50 micrometer minimum dimensie en • niet meer dan 10 levensvatbare organismen per milliliter <50 micrometer in minimale afmetingen en ≥10 micrometer minimum dimensie De indicator microbe concentraties bedraagt niet meer dan: • toxicogenic vibrio cholerae: 1 kolonievormende eenheid (kve) per 100 milliliter of 1 kve per gram zoöplankton monsters; • Escherichia coli: 250 kve per 100 milliliter • Intestinal Enterococci: 100 kve per 100 milliliter Bacteriën zijn kleiner dan de organismen hierboven vermeld en strikt gezien wordt met bacteria geen rekening gehouden bij de beoordeling van de efficiëntie van een D-2 ballastwater management systeem. We denken en verwachten door middel van dit experiment te kunnen aantonen dat de bacteriën, die aan de bron van MIC liggen, zullen worden gedood of onvruchtbaar gemaakt worden door ballastwater management systemen die werken met behulp van UV-licht. Als dit inderdaad het geval is zullen deze systemen MIC stoppen of op zijn minst vertragen. Vier groepen bacteriën, verantwoordelijk voor MIC, worden in een standaard Postgate "B" medium gekweekt en aansluitend verdund met zeewater. Dit mengsel wordt door een spiraalvormig buis gepompt die rond een UV lamp is gewikkeld.Gedurende enkele weken zal het effluent over stalen plaatjes worden geleid, in kunstmatige, statische omstandigheden. Biofilmformatie wordt opgevolgd. In een tweede gelijkaardige opstelling wordt de glazen buis bekleed met een titaandioxide film. Deze zal fungeren als een katalysator op de UV-straling effect. Als dit kan worden vastgesteld moet het mogelijk zijn een tot vermindering van de belichtingstijden te komen en energiezuinige ballastwaterbeheersystemen te ontwerpen. De 'tour de force' van dit experiment is dat met één systeem, UV-bestraling van ballastwater, twee problemen kunnen worden opgelost, MIC van ballasttanks en het vervoer van invasieve soorten door ballastwater.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Energiepositieve rioolwaterzuivering vereist een minimumverbruik aan organische koolstof in de biologische stikstofverwijdering. Er blijkt weliswaar een belangrijke afweging tussen energiebesparingen en duurzaamheid, want de procesomstandigheden vereist om shortcut-stikstofverwijdering in de hoofdstroom te bekomen, stimuleren de productie van lachgas (N2O), een krachtig broeikasgas. Het N2OPNA-project mikt erop inzichten te verwerven in N2O-productiepathways van partiële nitritatie/anammox (PNA) toegepast onder hoofdstroomcondities, en antwoorden te formuleren om N2O-emissie tegen te gaan. De projectresultaten zullen een meerwaarde bieden bij het ontwerpen en bedrijven van volleschaal waterzuiveringsinstallaties die energiepositief zijn met een minimale impact op klimaatverandering.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Peng Lai

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In 2050 zal de wereldwijde vraag naar voedzaam eiwit met ongeveer 50% stijgen. Op dit moment overschrijdt de traditionele meststof-voeder-voedsel keten en de vismeel-gebaseerde aquacultuur weliswaar al ernstig de ecologische draagkracht. Over de hele wereld gaan onderzoekers dan ook de zoektocht naar nieuwe en duurzame bronnen van eiwitrijk voedsel aan. Herwinning en hergebruik van hernieuwbare grondstoffen afkomstig van afvalstromen is één van de belangrijkste stappen om de impact op het milieu te beperken. De productie van 'Single Cell Protein' (SCP) sluit naadloos aan op deze maatschappelijke behoeftes, omdat microbiële technologie waarschijnlijk de meest hulpbronnenefficiënte wijze is om voedzaam eiwit te produceren. In dit nieuwe tijdperk van (meta)transcriptomics en (meta)proteomics wordt steeds meer duidelijk dat de mogelijkheden om biologische functies te sturen dusver sterk onderschat worden. Dit zorgt voor een sterke drijfveer om SCP voor het eerst fundamenteel en mechanistisch gedreven te benaderen. Hierbij is het bovendien interessant naast het potentieel van een individuele microbiële cel ook de genetische pool van een microbiële gemeenschap ten volle te benutten. Purper niet-zwavel bacteriën (PNSB) zijn vanuit nutritioneel oogpunt één van de meest aantrekkelijke types SCP, en zijn bovendien metabolisch gezien de meest veelzijdige organismen op aarde. Elk type van (sub)metabolisme staat voor verschillende (meta)proteomen, en dus nutritionele eigenschappen zoals het profiel aan essentiële aminozuren, de gastro-intestinale verteerbaarheid en het gehalte aan nucleïnezuren. Daarenboven is de stuurbaarheid van autotroof gekweekte PNSB op biotechnologisch vlak volkomen onontgonnen. PurpleMENU maakt de brug van milieubiotechnologie naar duurzame chemie en voedingwetenschappen. Hierbij worden belangrijke inzichten ontrafeld die de basis leggen voor nieuwe bioprocessen, en misschien wel voor globale voedselzekerheid en duurzaamheid.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Gomes De Sousa Gustavo

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Vlaanderen is een hotspot van nutriënten (stikstof en fosfor). Dit is het gevolg van intensieve voedselproductie en grote nutriëntenverliezen langs deze conversieketen van meststof tot voedsel. Een duurzaam en aantrekkelijk scenario om nutriëntenverliezen op te vangen, is hun omzetting in microbieel eiwit (single cell protein). Purperbacteriën zijn een interessante, maar dusver weinig verkende bron van microbiële productie en consumptie. Het potentieel van purperbacteriën is te verklaren door hun metabolisme als fotoheterotrofen. Ten eerste hebben ze een bijna perfecte efficiëntie om organische koolstof te immobiliseren in vergelijking met andere heterotrofen, wat de koolstofbehoefte aanzienlijk vermindert. Ten tweede beschikken purperbacteriën over een hoge groeisnelheid ten opzichte van andere fototrofe organismen, wat aanleiding geeft tot een compact productiesysteem. Ten derde hebben ze de mogelijkheid om te groeien op infrarood licht. Dit zorgt voor een bijkomend selectiemiddel tijdens de cultivatie. Dit project heeft als doel om inzicht te krijgen in de biotechnologische productie van purperbacteriën in open gemeenschappen op gefermenteerd afvalwater afkomstig van de aardappelverwerkende industrie. Het onderzoek is erop gericht om aan te tonen dat biomassa aangerijkt in purperbacteriën een excellent voederingrediënt kan zijn voor aquacultuur.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Alloul Abbas

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het MicroNOD-project beoogt cruciale technologische en niet-technologische barrières te overwinnen om een innovatieve, duurzame waardeketen op te zetten die anorganische nutriënten uit geborgde industriële nevenstromen opwaardeert tot een hoogwaardige organische meststof voor telers en de retailsector. Nutriënten zullen microbieel geïmmobiliseerd worden via aerobe en fototrofe mechanismen, met een sterke focus op een technologische kennissprong die leidt tot kostenefficiëntie en minimale input van vers water, fossiel gebaseerde energie en niet-gerecupereerde materialen. De verwerking van de microbiota tot organische meststof in low-impact plantenteeltsubstraten richt er op de nutriëntenvrijstelling maximaal te aligneren met de plantenbehoefte. MicroNOD mikt op systemische innovatie, door sterke interactie met maatschappelijke actoren. Het is de bedoeling de vraagzijde en publieke acceptatie van het herwonnen bioproduct te stimuleren, economische meerwaarde te creëren voor alle bedrijfsactiviteiten doorheen de innovatieve waardeketen, een kwaliteitsborgingssysteem op punt te zetten, te voldoen aan de productwetgeving en tot slot de duurzaamheid te kwantificeren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel. ): Dit onderzoek focust op de verwijdering van schadelijk ammonium uit afvalwater door conversie tot schadeloos stikstofgas, dat in de atmosfeer vrijkomt. Ten opzicht van de gevestigde mesofiele temperatuurscondities, wordt biotechnologie op thermofiele temperatuur verondersteld verschillende voordelen te hebben: hogere stabiliteit, snellere reacties, lagere slibproductie en betere hygiënisatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Lenaerts Silvia
• Mandaathouder: Vlaeminck Siegfried

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject