In een opwindende eerste Wetenschappers van Stanford zijn aangesloten op algencellen en hebben een kleine elektrische stroom gebruikt. Ze vonden het bij de bron van energieproductie - fotosynthese, de methode van een plant om zonlicht om te zetten in chemische energie. Het kan een eerste stap zijn in de richting van het genereren van "hoog rendement" bio-elektriciteit die geen koolstofdioxide als bijproduct afgeeft, zeggen de onderzoekers.

"We geloven dat we de eersten zijn die elektronen uit levende plantencellen halen, " zei WonHyoung Ryu, de hoofdauteur van het artikel gepubliceerd in het maartnummer van Nano-letters . Ryu voerde de experimenten uit terwijl hij onderzoeksmedewerker was voor professor werktuigbouwkunde Fritz Prinz.

Het onderzoeksteam van Stanford ontwikkelde een uniek, ultrascherpe nano-elektrode van goud, speciaal ontworpen voor sonderen in cellen. Ze duwden het voorzichtig door de algencelmembranen, die eromheen verzegeld, en de cel bleef in leven. Van de fotosynthetiserende cellen, de elektrode verzamelde elektronen die waren geactiveerd door licht en de onderzoekers genereerden een kleine elektrische stroom.

"We zijn nog in de wetenschappelijke fase van het onderzoek, "zei Ryu. "We hadden te maken met afzonderlijke cellen om te bewijzen dat we de elektronen kunnen oogsten."

Planten gebruiken fotosynthese om lichtenergie om te zetten in chemische energie, die wordt opgeslagen in de bindingen van suikers die ze voor voedsel gebruiken. Het proces vindt plaats in chloroplasten, de cellulaire krachtpatsers die suikers maken en bladeren en algen hun groene kleur geven. In de chloroplasten, water wordt gesplitst in zuurstof, protonen en elektronen. Zonlicht dringt de chloroplast binnen en zapt de elektronen naar een hoog energieniveau, en een eiwit grijpt ze meteen. De elektronen worden doorgegeven via een reeks eiwitten, die achtereenvolgens steeds meer van de energie van de elektronen opvangen om suikers te synthetiseren totdat alle energie van het elektron is verbruikt.

In dit experiment, de onderzoekers onderschepten de elektronen net nadat ze waren geëxciteerd door licht en op hun hoogste energieniveau waren. Ze plaatsten de gouden elektroden in de chloroplasten van algencellen, en de elektronen overgeheveld om de kleine elektrische stroom op te wekken.

Het resultaat, zeggen de onderzoekers, is elektriciteitsproductie waarbij geen koolstof vrijkomt in de atmosfeer. De enige bijproducten van fotosynthese zijn protonen en zuurstof.

"Dit is potentieel een van de schoonste energiebronnen voor energieopwekking, " zei Ryu. "Maar de vraag is, is het economisch haalbaar?"

Ryu zei dat ze uit elke cel slechts één picoampère konden putten, een hoeveelheid elektriciteit die zo klein is dat ze een biljoen cellen nodig hebben die gedurende een uur aan fotosynthese worden onderworpen om de hoeveelheid energie te evenaren die is opgeslagen in een AA-batterij. In aanvulling, de cellen sterven na een uur. Ryu zei dat kleine lekken in het membraan rond de elektrode de cellen zouden kunnen doden, of ze gaan misschien dood omdat ze energie verliezen die ze normaal gesproken zouden gebruiken voor hun eigen levensprocessen. Een van de volgende stappen zou zijn om het ontwerp van de elektrode aan te passen om de levensduur van de cel te verlengen, zei Ryu.

Het op deze manier oogsten van elektronen zou efficiënter zijn dan het verbranden van biobrandstoffen, aangezien de meeste planten die worden verbrand voor brandstof uiteindelijk slechts ongeveer 3 tot 6 procent van de beschikbare zonne-energie opslaan, zei Ryu. Zijn proces omzeilt de noodzaak van verbranding, die slechts een deel van de opgeslagen energie van een plant benut. Het oogsten van elektronen in deze studie was ongeveer 20 procent efficiënt. Ryu zei dat het in theorie op een dag 100 procent efficiëntie zou kunnen bereiken. (Fotovoltaïsche zonnecellen zijn momenteel ongeveer 20-40 procent efficiënt.)

Mogelijke volgende stappen zouden zijn om een ​​plant met grotere bladgroenkorrels te gebruiken voor een groter verzamelgebied, en een grotere elektrode die meer elektronen zou kunnen opvangen. Met een langerlevende plant en een beter opvangvermogen, ze kunnen het proces opschalen, zei Ryu. Ryu is nu een professor aan de Yonsei University in Seoul, Zuid-Korea.