Warmteminnende cyanobacterie

Onderzoekers van de Ruhr-universiteit in Bochum (D) hebben een zonnecel ontwikkeld die werkt met eiwitten die een fotosynthetisch proces van stroomopwekking aan de gang houden. Het gaat om twee verschillende eiwitsystemen die zijn ontwikkeld door Wolfgang Schumann en zijn medeonderzoekers. Over rendementen, hét gevoelige thema bij zonnecellen, hebben we het nog maar even niet…
Iedereen die een paar jaar middelbare school heeft gehad, kent het begrip fotosynthese: het mooie systeem waarmee planten direct uit het zonlicht hun energie putten. De, meeste, andere levende systemen, zoals de mens, kunnen daar alleen van dromen. Met behulp van de energie uit fotosynthese zetten planten kooldioxode en water om in zuurstof en biomassa. Als je die laatste stap weglaat, heb je een zonnecel, moeten de Bochumer onderzoekers hebben gedacht. Ze isoleerden fotosysteem 1 en 2 uit een warmteminnende cyanobacterie, die de de lichttruc ook kent. De ‘lichtomzetters’ in deze ruige bacterie zijn veel stabieler dan die van systemen die onder veel mildere omstandigheden leven. Schumanns onderzoeksgroep maakt zogeheten redox-hydogels, geleiachtige materialen die elektronen geleiden (elektrisch geleidend zijn, dus). Die hydrogel met, in twee aparte kamers elk eiwtisysteem 1 en eiwitsysteem 2, plus twee elektroden moet dan de fotovoltaïsche cel vormen die licht kan omzetten in elektriciteit.
Zoals gezegd bestaat de cel uit twee kamers. In de eerste kamer huist eiwitsysteem 2, dat onder invloed van licht, elektronen onttrekt aan water. De vrijgekomen elektronen wandelen door de hydrogel naar de elektrode in de eerste kamer, die is verbonden met de tweede elektrode in de andere kamer.  Daar komen de elektronen in een andere hydrogel terecht met eiwitsysteem 1 en vindt een chemische omzetting, die het chemische spiegelbeeld is van die in kamer 1. Zo lang er ligt op de cel schijnt, blijft de stroom lopen. We hebben hier dus een zonnecel gemaakt.
Om die stroom te laten lopen moet er een potentiaalverschil zijn tussen beide elektroden. Dat is te bewerkstelligen door verschillende redox-hydrogels te gebruiken. Dat potentiaalverschil bepaalt het vermogen (wattage) van de cel en zijn rendement. Op het ogenblik is het vermogen van de cel niet erg hoog:  een paar nanowatt per vierkante centimeter celooppervlak.  “Dit systeem moet worden gezien als een blauwdruk voor halfsynthetische en natuurlijke celsystemen, waarbij fotosynthese wordt gebruikt voor het produceren van secundaire energiedragers zoals waterstof”, stelt medeonderzoeker Martthias Rögner.

Bron: Alfa Galileo