De zoektocht naar nieuwe manieren om zonne-energie te benutten, heeft een stap voorwaarts gezet nadat onderzoekers met succes water in waterstof en zuurstof hebben gesplitst door de fotosynthetische machinerie in planten te veranderen.

Fotosynthese is het proces dat planten gebruiken om zonlicht om te zetten in energie. Zuurstof wordt geproduceerd als bijproduct van fotosynthese wanneer het water dat door planten wordt opgenomen, wordt 'gesplitst'. Het is een van de belangrijkste reacties op aarde omdat het de bron is van bijna alle zuurstof in de wereld. Waterstof die wordt geproduceerd wanneer het water wordt gesplitst, kan mogelijk een groene en onbeperkte bron van hernieuwbare energie zijn.

Een nieuwe studie, geleid door academici van St John's College, Universiteit van Cambridge, gebruikte semi-kunstmatige fotosynthese om nieuwe manieren te onderzoeken om zonne-energie te produceren en op te slaan. Ze gebruikten natuurlijk zonlicht om water om te zetten in waterstof en zuurstof met behulp van een mengsel van biologische componenten en door de mens gemaakte technologieën.

Het onderzoek kan nu worden gebruikt om een ​​revolutie teweeg te brengen in de systemen die worden gebruikt voor de productie van hernieuwbare energie. Een nieuw papier, gepubliceerd in Natuur Energie , schetst hoe academici van het Reisner Laboratory in Cambridge hun platform ontwikkelden om zonder hulp door zonne-energie aangedreven watersplitsing te bereiken.

Hun methode slaagde er ook in om meer zonnelicht te absorberen dan natuurlijke fotosynthese.

Katarzyna Soko?, eerste auteur en Ph.D. student aan het Sint-Janscollege, zei:"Natuurlijke fotosynthese is niet efficiënt omdat het alleen is geëvolueerd om te overleven, dus het maakt de absoluut minimale hoeveelheid energie die nodig is - ongeveer 1-2 procent van wat het mogelijk zou kunnen omzetten en opslaan."

Kunstmatige fotosynthese bestaat al tientallen jaren, maar het is nog niet met succes gebruikt om hernieuwbare energie te creëren omdat het afhankelijk is van het gebruik van katalysatoren, die vaak duur en giftig zijn. Dit betekent dat het nog niet kan worden gebruikt om bevindingen op te schalen naar een industrieel niveau.

Het Cambridge-onderzoek maakt deel uit van het opkomende gebied van semi-kunstmatige fotosynthese, dat tot doel heeft de beperkingen van volledig kunstmatige fotosynthese te overwinnen door enzymen te gebruiken om de gewenste reactie te creëren.

Soko? en het team van onderzoekers verbeterde niet alleen de hoeveelheid geproduceerde en opgeslagen energie, ze slaagden erin een proces in de algen te reactiveren dat al millennia sluimert.

Ze legde uit:"Hydrogenase is een enzym dat aanwezig is in algen en in staat is protonen om te zetten in waterstof. Tijdens de evolutie is dit proces gedeactiveerd omdat het niet nodig was om te overleven, maar we zijn erin geslaagd om de inactiviteit te omzeilen om de reactie te krijgen die we wilden - water splitsen in waterstof en zuurstof."

Soko? hoopt dat de bevindingen het mogelijk zullen maken om nieuwe innovatieve modelsystemen voor zonne-energieconversie te ontwikkelen.

Ze voegde eraan toe:"Het is opwindend dat we selectief de processen kunnen kiezen die we willen, en de reactie bereiken die we willen, die van nature ontoegankelijk is. Dit zou een geweldig platform kunnen zijn voor het ontwikkelen van zonnetechnologieën. De aanpak kan worden gebruikt om andere reacties aan elkaar te koppelen om te zien wat er kan worden gedaan, leer van deze reacties en bouw vervolgens synthetische, meer robuuste stukjes zonne-energietechnologie."

Dit model is het eerste dat met succes hydrogenase en fotosysteem II gebruikt om semi-kunstmatige fotosynthese te creëren die puur wordt aangedreven door zonne-energie.

Dr. Erwin Reisner, hoofd van het Reisner-laboratorium, een Fellow van St John's College, Universiteit van Cambridge, en een van de auteurs van het artikel beschreef het onderzoek als een 'mijlpaal'.

Hij legde uit:"Dit werk overwint vele moeilijke uitdagingen die gepaard gaan met de integratie van biologische en organische componenten in anorganische materialen voor de assemblage van semi-kunstmatige apparaten en opent een gereedschapskist voor het ontwikkelen van toekomstige systemen voor zonne-energieconversie."