Het koolstofarm maken van de economie en het realiseren van de overgang van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen is een van de meest urgente mondiale uitdagingen van de 21e eeuw. Waterstof kan in dit proces een sleutelrol spelen als kansrijke klimaatneutrale energiedrager. Nog, de zogenaamde groene waterstofeconomie vereist dat de waterstofproductie uitsluitend gebaseerd is op hernieuwbare energie. In aanvulling, het zou idealiter geen dure en zeldzame metaalkatalysatoren moeten gebruiken, waarvan de productie ernstige gevolgen voor het milieu heeft. Om deze uitdaging aan te gaan, ITQB NOVA-onderzoekers Inês Cardoso Pereira en Mónica Martins werken aan een innovatieve technologie om waterstof te produceren uit licht met behulp van niet-fotosynthetische micro-organismen.

Waterstof biedt spannende nieuwe mogelijkheden als energiedrager, maar de huidige waterstofproductie gebeurt nog steeds grotendeels uit fossiele brandstoffen. Anderzijds, zonne-energie is de meest overvloedige en ultieme ideale bron, tussen verschillende hernieuwbare opties. Dus, duurzame strategieën waarbij zonne-energie direct wordt omgezet in waardevolle brandstoffen zoals waterstof zijn dringend nodig.

In een studie die nu is gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie , de wetenschappers beschrijven een nieuwe aanpak op basis van biohybride systemen. Deze combineren hoge waterstofproducerende niet-fotosynthetische bacteriën met zelfgeproduceerde cadmiumsulfide (CdS) halfgeleider nanodeeltjes die zeer efficiënt zijn in het opvangen van licht. "De ontwikkeling van biohybriden is een zeer opwindend nieuw onderzoeksgebied, waar we de hoge katalytische efficiëntie en specificiteit van biologische systemen kunnen combineren met synthetische materialen die uitstekende prestaties leveren bij het opvangen van zonne- of elektrische energie", benadrukt Inês Cardoso Pereira, hoofd van het Bacterial Energy Metabolism Lab. "Dit veld groeit snel en de meest veelbelovende benadering is om intacte micro-organismen te combineren met nanodeeltjes die aan hun oppervlak worden geproduceerd, die directe energieoverdracht tussen hen mogelijk maakt".

De onderzoekers onderzochten de door licht aangedreven waterstofproductie door biohybriden op basis van verschillende bacteriën. Alle gegenereerde biohybriden produceerden H ₂ van licht, maar degene die Desulfovibrio desulfuricans gebruikt, een bacterie die in de bodem voorkomt, een uitstekende activiteit gepresenteerd. Deze bacterie bevat een hoog gehalte aan hydrogenasen, de enzymen die betrokken zijn bij de productie van waterstof, en zijn efficiënt in het produceren van extracellulaire sulfide-nanodeeltjes. Deze zelfgeproduceerde nanodeeltjes vangen licht, die de bacterie vervolgens kan gebruiken om H . te produceren ₂ . De resultaten laten zien dat de D. desulfuricans-CdS-hybriden een hoge H . vertonen ₂ productie activiteit, hoge stabiliteit en een opmerkelijke efficiëntie bij het directe gebruik van zonne-energie, zelfs in de afwezigheid van dure en giftige mediatoren.

Het gebruik van micro-organismen en zelfgeproduceerde lichte oogstmaterialen is een goedkope en duurzame benadering om brandstoffen te genereren. "Dit nieuwe biohybride systeem is een sterke kandidaat voor de ontwikkeling van een bioreactor-prototype voor groener H ₂ productie", legt Mónica Martins uit.