Het ‘bos’ van nanodraden die de bacteriën van energie voorziet (afb: Yanglab)
Er zijn plannen binnenkort naar Mars te gaan. Het enthousiasme van de potentiële Marsgangers is groot, maar Mars is een kale onherbergzame planeet. Nu hebben onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Californië zo’n acht jaar gewerkt aan een systeem dat kooldioxide en water als uitgangsstoffen neemt en met behulp van bacteriên en nanodraden organische verbindingen maakt. Op aarde zou zo’n systeem ook nuttig kunnen zijn, denken de onderzoekers. Het lijkt allemaal heel erg wat planten van nature doen.
Op Mars is er een flinterdunne atmosfeer. Het overgrote deel daarvan is CO2. “Wat je in feit alleen nodig hebt zijn die halfgeleiderdraden van silicium, zonne-energie en een paar beestjes die de scheikunde voor jou doen”, zegt onderzoeksleider Peidong Yang. “Bij een ruimtemissie is er beperkte ruimte. Biologische systemen hebben het voordeel dat ze het proces zelf onderhouden. Je hebt daar niet veel voor nodig. Daarom is die biohydrideversie zo aantrekkelijk.” Zonlicht is er volop op Mars. Water komt er ook voor in de poolkappen.
Het systeem haalt kooldioxide uit de lucht om koolstofverbindingen te maken. Daarmee vang je op aarde twee vliegen in een klap: je produceert nuttige stoffen en je vermindert de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer, voor een belangrijk deel verantwoordelijk voor de aardopwarming. Met het systeem is 3,6% van de invallende zonne-energie om te zetten in de energie die koolstofverbindingen (in dit geval een azijnzuurachtige verbinding) bij elkaar houdt. De ‘pakezel’ is de Sporomusa ovata-bacterie en het ‘bos’ van nanodraden (zie plaatje) maakt die in vergelijking met planten hoge opbrengst mogelijk (planten komen niet veel verder dan zo’n 1%, met uitzondering van rietsuiker: 4,5%). Azijnzuur kan dienen als uitgangsstof voor een hele reeks organische verbindingen: van brandstoffen tot polymeren en geneesmiddelen.
0,4%
Yang en zijn collega’s hebben al eerder resultaten op dit vlak gepubliceerd. Vijf jaar geleden kwamen ze met een voorlopig versie van deze organische ‘fabriek’. Het rendement lag tot bij 0,4%. Yang was een van de eersten vijftien jaar geleden die nanodraden van silicium omvormde tot ‘zonnecellen’
Aanvankelijk probeerden de onderzoekers het rendement op te schroeven door meer bacteriën op de nanodraden te proppen. Daar komt de elektrische energie vandaan die de bacteriën nodig hebben voor de omzetting, maar de bacteriën bleven daar niet zitten. Jammer dus.
De onderzoekers ontdekten dat de beestjes de zuurgraad van het omringende water verlaagden, waardoor ze losraakten van de draden. Daar wisten de onderzoekers een mouw aan te passen met als gevolg dat het rendement bijna vertienvoudigd is. Het systeem bleek een week te werken zonder dat de beestjes de neiging vertoonden zich los te trekken van de draden.
Yang: “Die nanodraden zijn net antennes. Ze vangen zonlicht op als zonnecellen en voeden de bacteriën vervolgens met elektronen. Daardoor kunnen die kooldioxide absorberen, de scheikunde uitvoeren en acetaat afscheiden.” De zuurstof die daarbij ontstaat is op Mars een bijkomend voordeel. Marsbewoners hebben zuurstof nodig en dat is er nauwelijks op Mars.
Bron: EurekAlert