Met energie van de zon, een speciaal enzym kan CO . omzetten ₂ moleculen in mierenzuur. Dit kan zowel CO . verwijderen ₂ en geef ons iets nuttigers.

De fotosynthese van planten is een van de vele wonderen van de natuur. Door gebruik te maken van de energie van het zonlicht, kooldioxide (CO ₂ ) en water worden omgezet in suiker en andere koolhydraten, evenals zuurstof.

Dit gebeurt door een reeks chemische processen. Door delen of alle fotosynthese na te bootsen, kunnen we misschien minder CO . uitstoten ₂ of iets vastleggen van wat in de lucht rondzweeft?

Over de hele wereld, wetenschappers laten zich inspireren door de fotosynthese. Een van hen is scheikundige Kaiqi Xu van de Universiteit van Oslo.

"We willen kunstmatige fotosynthese gebruiken omdat natuurlijke fotosynthese niet altijd erg effectief is, ' zegt Xu.

Hij zegt dit niet om het eigen chemische laboratorium van de natuur te ondermijnen, maar het lijdt geen twijfel dat er ruimte is voor verbetering. Bijvoorbeeld, de planten gebruiken slechts 1-2 procent van het zonlicht. Een silicium zonnecel verbruikt tussen de 15 en 24 procent.

"Natuurlijke fotosynthese kan suikers produceren uit CO2 en water. We willen iets nuttigers produceren, " Xu vertelt Titan.uio.no.

Zijn doctoraat is een kleine stap op weg naar wat een kans kan zijn om de CO2-niveaus te beheersen.

Enzym van virus of bacteriën

Xu heeft een enzym onderzocht dat CO . kan omzetten ₂ in mierenzuur, een stof die in verschillende vormen van industrie wordt gebruikt.

Enzymen zijn een soort eiwit dat als katalysator werkt in biologische processen, zowel in je lichaam, in planten en overal elders. Deze hebben zich gespecialiseerd in het aansturen van zeer specifieke reacties.

Er zijn talloze verschillende enzymen. Xu noemt zijn enzym een ​​zuurstoftolerante formiaatdehydrogenase, en het behoort tot een groep die FDH-enzymen wordt genoemd.

"Het enzym dat we gebruiken wordt geproduceerd door bacteriën of virussen, maar ik denk ook dat sommige wetenschappers FDH-enzymen rechtstreeks uit planten gebruiken, ' zegt Xu.

Onder de juiste omstandigheden, Xu's FDH-enzym kan de CO . opvangen ₂ molecuul en zet het om in mierenzuur. Maar daarvoor heeft het energie nodig.

Hetzelfde gebeurt in een zonnecel

Hij haalt de energie uit een nanobuisje gemaakt van tantaalnitride, Ta ₃ N ₅ , waarbij elk molecuul bestaat uit drie atomen van het element tantaal en vijf stikstofatomen.

"Tantaliumnitride is een halfgeleider met unieke eigenschappen. Het kan zonlicht absorberen en omzetten in energie die direct door ons kan worden gebruikt, " legt Xu uit.

Wanneer het zonlicht tantaalnitride raakt, een precies passende hoeveelheid energie wordt uitgestoten. Hetzelfde gebeurt in een zonnecel. Een elektron springt eruit, maar waar een zonnecel wil, gooit het elektron in een circuit, Xu wil dat het de chemische reacties in het FDH-enzym aanstuurt.

"Het enzym kan elektronen opvangen die zijn gegenereerd uit het tantaalnitride en vervolgens de reactie uitvoeren, ' zegt Xu.

Het is geen toeval dat hij tantaalnitride gebruikt in zijn onderzoek.

"Tantaliumnitride voldoet aan veel van de vereisten voor het uitvoeren van fotosynthese, ' zegt Xu.

Mede doordat het een band gap heeft van 2,1 elektronvolt. Band gap is de energie die nodig is om een ​​elektron uit zijn grondtoestand te krijgen. Deze energie van 2,1 elektronvolt kan het algehele fotosyntheseproces aandrijven, inclusief de energie die het enzym nodig heeft om zijn werk te doen.

"Dan kan dit enzym CO . omzetten ₂ aan mierenzuur, een compositie die veel waardevoller is, ' zegt Xu.

In aanvulling, we kunnen wat CO . kwijtraken ₂ , natuurlijk, wat geen nadeel is in termen van klimaatverandering.

Kan CO . opvangen ₂

Xu maakt hele kleine buisjes met tantaalnitride. Zo klein dat ze op nanoniveau zitten. Nano betekent een miljardste.

"We maken nanobuisjes van tantaalnitride omdat buizen een heel groot oppervlak hebben en dus meer zonlicht kunnen opnemen."

Wellicht kan de technologie in de toekomst bijdragen aan CO ₂ vastlegging.

"Als we er een dunne laag van kunnen maken, we kunnen het op daken en muren plaatsen die dan helpen CO . af te vangen ₂ , ' zegt Xu.

"Veel weten we niet"

Maar voordat we zover zijn, is er veel onderzoek nodig. Xu's FDH-enzym heeft nog veel geheimen.

"Nu weten we een beetje over dit enzym, maar er is nog veel dat we niet weten, " hij zegt.

"Als we nog beter inzicht kunnen krijgen in het enzym en het kunnen nabootsen, we kunnen dit op grotere schaal doen. Dan kan het zeker helpen om de CO . onder controle te houden ₂ peil."

"Als we het nog efficiënter kunnen maken, het kan de functie van groene planten overtreffen, ' zegt Xu.