Kunnen planten straks jouw telefoon opladen?
Het klinkt als sciencefiction, maar wetenschappers van de Universiteit van Warschau hebben een baanbrekende ontdekking gedaan die de energiesector totaal kan veranderen. Hun onderzoek toont aan dat fotosynthese daadwerkelijk gebruikt kan worden om elektriciteit op te wekken – en de eerste resultaten zijn verbluffend veelbelovend.
De onderzoekers willen een systeem ontwikkelen waarbij zonlicht rechtstreeks wordt omgezet in elektrische stroom via natuurlijke biologische processen die normaal gesproken in planten en algen plaatsvinden.
Hoe fotosynthese elektriciteit kan produceren
Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten, kleine compartimenten in plantencellen waar zonlicht wordt omgezet in suikers. Dit proces transformeert water en koolstofdioxide in organische moleculen die alle leven op aarde voeden.
Het Poolse onderzoeksteam richtte zich specifiek op fotosysteem I (PSI) – een eiwitcomplex dat cruciaal is voor fotosynthese.
Deze nanoscopisch kleine biologische “machine” absorbeert lichtdeeltjes en start een gerichte elektronenstroom, wat in essentie elektrische stroom is.
De grootste uitdaging: controle over het proces
Hoewel dit proces in planten buitengewoon efficiënt verloopt, lukte het wetenschappers jarenlang niet om het stabiel te reproduceren in het laboratorium. Wanneer fotosysteem I op elektroden wordt geplaatst, rangschikken de eiwitstructuren zich willekeurig, waardoor de elektronenstroom instabiel wordt.
Het team onder leiding van professor Joanna Kargul besloot precies dit probleem aan te pakken.
Grafeen verhoogde de efficiëntie drie keer
De wetenschappers ontwikkelden een methode om de oriëntatie van het fotosysteem op een grafeenoppervlak te beheersen. Ze bevestigden genetisch gemodificeerde eiwitmoleculen aan grafeen-elektroden zodanig dat ze in de juiste richting uitlijnen.
Deze innovatie zorgde ervoor dat ongeveer 40 procent van de fotosystemen optimaal werd gerangschikt, en de efficiëntie van de opgewekte elektrische stroom verdrievoudigde vergeleken met eerdere experimenten.
Extreem resistent microalg als energiebron
Voor het experiment gebruikten de onderzoekers een genetisch gemodificeerde extremofiele alg genaamd Cyanidioschizon merolae. Het fotosysteem van deze alg is buitengewoon stabiel en kan zelfs buiten de celgrenzen functioneren.
Dit organisme werd niet toevallig gekozen – zijn genoom is zeer klein, waardoor het perfect geschikt is voor genetische modificaties en laboratoriumonderzoek.
De wetenschappers slaagden er zelfs in om visueel vast te leggen hoe het eiwit op het grafeenoppervlak licht absorbeert en een elektronenstroom genereert – de zogenaamde “groene stroom”.
Waarom deze technologie cruciaal is voor Europa
Energie gebaseerd op fotosynthese kan een alternatief worden voor traditionele zonnepanelen. Hoewel silicium fotovoltaïsche technologieën momenteel de markt domineren, vindt de productie ervan grotendeels plaats in China.
Volgens de wetenschappers moet Europa zijn eigen alternatieve energietechnologieën ontwikkelen, en biologische fotosynthese kan één van die oplossingen worden.
Toekomstperspectief: brandstof en bioplastic
De onderzoekers benadrukken dat elektriciteitsopwekking via fotosynthese slechts de eerste stap is. Deze energie kan veel breder worden toegepast.
Bijvoorbeeld, het zou kunnen worden gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in milieuvriendelijke brandstof of biologisch afbreekbaar plastic.
Als deze technologie verder wordt ontwikkeld en industrieel wordt toegepast, kan fotosynthese in de toekomst een volledig nieuwe bron van groene energie worden die biologie, nanotechnologie en energetiek verenigt.
