Natuurkundigen van de Universiteit van Luxemburg hebben theoretische instrumenten ontwikkeld om chemische motoren te analyseren en te optimaliseren, variërend van eenvoudige chemische reactienetwerken tot complexe metabole routes.

De krant, "Thermodynamische efficiëntie in dissipatieve chemie, " meldt de resultaten van het onderzoek uitgevoerd door Prof. Massimiliano Esposito, Dr. Riccardo Rao en Ph.D. student Emanuele Penocchio van de faculteit Bètawetenschappen, Technologie en Communicatie aan de Universiteit van Luxemburg. Het is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Thermodynamica, de tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met energieconversie en de beperkingen ervan, is ontstaan ​​in een poging om de efficiëntie van mechanische motoren zoals stoom- of verbrandingsmotoren te verbeteren. In de standaardtheorie thermodynamische wetten waren nooit van toepassing op het karakteriseren van de prestaties van kleine chemische motoren zoals levende cellen.

Bij mechanische motoren, maximale efficiëntie valt nooit samen met maximaal vermogen. De efficiëntie van een auto is afhankelijk van de snelheid. Als er snel met volle pk's wordt gereden, het rendement bij maximaal vermogen is meestal erg laag.

In de wereld van moleculen is dat anders, als Prof. Esposito, Dr. Rao en Mr. Penocchio hebben het ontdekt. De onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om principes van thermodynamica toe te passen op chemische systemen. Deze bevindingen kunnen in de toekomst nuttig blijken te zijn in bio-engineering of nanotechnologie.

Het onderzoek heeft een stap gezet in de richting van het evalueren van de thermodynamische kosten om een ​​cel te bouwen en te laten werken. Bijvoorbeeld:hoeveel energie in het voedsel dat door een cel wordt verbruikt, wordt verspild, en hoeveel wordt er op chemisch niveau gebruikt? De resultaten registreren omstandigheden waarin systemen tegelijkertijd met maximale efficiëntie en maximaal vermogen werken.

"We gaan er meestal van uit dat de natuur zeer efficiënt is dankzij eeuwenlange evolutie. Door de efficiëntie van verschillende chemische bewerkingen in verschillende organismen te kwantificeren, misschien kunnen we dat soort ideeën op een dag op meer vaste grond zetten, zo bijdragen aan een beter begrip van biologische systemen. Deze studie vormt de basis voor toekomstige prestatiestudies en optimaal ontwerp in de chemie. We kunnen nu vragen beantwoorden over de efficiëntie van elke operatie die wordt uitgevoerd door een open chemisch systeem, " zegt prof. Esposito.