Uw profiel is aangemaakt

U heeft een e-mail ontvangen met een activatielink. Vergeet niet binnen 24 uur uw profiel te activeren. Veel leesplezier!

Kunstmatig blaadje zorgt voor grondstoffen

Home

WILLEM SCHOONEN en REDACTIE WETENSCHAP

technologie | Aan Harvard zijn onderzoekers erin geslaagd een blad te maken dat zonne-energie omzet in bruikbare grondstoffen.

Het is een gelukkig huwelijk: zijn chemische technologie en haar biologie. Vrucht is wat ze hun 'bionic leaf' noemen, een kunstmatig blad dat uit zonlicht brandstoffen maakt. Niet het eerste blaadje in een groene lente, maar wel een interessant exemplaar.

Energietechnoloog Daniel Nocera verhuisde twee jaar geleden naar de Harvard-universiteit om daar samen te werken met biochemica Pamela Silver. Nocera had toen al kunstmatige blaadjes gemaakt. En hij was de enige niet. Er wordt op veel plaatsen mee geëxperimenteerd, ook in Nederland.

Kunstmatige bladeren doen wat planten doen: zonlicht omzetten in chemische bouwstenen. In zijn simpelste vorm bestaat een kunstmatig blaadje uit een zonnecel tussen twee elektroden in water. De cel zet zonlicht om in een elektrische spanning op die elektroden, waardoor water wordt gesplitst in zuurstof en waterstof. En waterstof is een brandstof; je kunt er een auto op laten rijden.

In het systeem van Nocera en Silver wordt die waterstof echter niet gebruikt als brandstof, maar gevoed aan een bacterie, Ralstonia eutropha, die met die waterstof en met kooldioxide uit de lucht koolwaterstoffen gaat maken. De bacterie is stuurbaar; hij kan worden aangezet tot de productie van isopropanol en andere bruikbare chemische grondstoffen.

De vooruitgang waarvan Nocera en Silver nu verslag doen in vakblad Science, zit vooral in een technische verbetering van de gebruikte elektroden. In kunstmatige blaadjes die Nocera eerder bouwde werd water niet zuiver gesplitst in waterstof en zuurstof, maar ontstonden ook zogeheten zuurstofradicalen, agressieve deeltjes die de werking van het systeem schaadden. In de nieuwe versie is dit schadelijke effect ondervangen. Daardoor is de efficiëntie van het kunstmatige blaadje fors verbeterd. De makers claimen dat hun systeem zo'n 10 procent van de zonne-energie omzet in bruikbare grondstoffen. Dat is een stuk beter dan de plant van nature haalt.

Die claim is enigszins discutabel, zegt Huub de Groot, maar de verbetering onmiskenbaar. De Groot is verbonden aan de Universiteit Leiden én wetenschappelijk directeur van Biosolar Cells, een consortium van Nederlandse wetenschappers en bedrijven dat werkt aan vergelijkbare technologieën. Die zullen in 2050 een substantieel deel leveren van de brand- en grondstoffen die we nodig hebben. "We kunnen de stappen uittekenen die ons daar gaan brengen."

Fotosynthese heet het proces waarmee planten hun bouwstenen maken. Een uitgekiend proces, zij het dat het geen grote opbrengst heeft: de plant weet 1 procent van het zonlicht om te zetten in bruikbare stoffen. Algen en bacteriën doen het beter: die halen een efficiëntie van 5 procent. Wetenschappers doen het met hun kunstmatige fotosynthese nóg beter. De efficiëntie van 10 procent die de onderzoekers van Harvard nu claimen wordt bij Biosolar Cells in Nederland nog niet gehaald, maar is bepaald geen illusie, zegt De Groot.

De zonnecellen die de mens op dit moment maakt vangen 18 procent van de inkomende zonne-energie. Dat haalt de plant niet. Maar de plant weet, veel beter dan de mens, het ingevangen zonlicht om te zetten in bouwstoffen; in die vervolgstappen bereikt de natuur een efficiëntie van bijna 100 procent, waar het record van de mens nu op 50 procent staat.

Het onderzoek bij Biosolar Cells is gericht op het beperken van het aantal vervolgstappen om de efficiëntie te verhogen en op het bouwen van kunstmatige blaadjes die hoogwaardige grondstoffen kunnen maken. Het isopropanol dat uit het systeem van Harvard komt, is een bruikbare brandstof, maar heeft geen hoge toegevoegde waarde. Het principe van kunstmatige blaadjes kan ook worden gebruikt om hoogwaardiger stoffen te maken, zegt De Groot. Je kunt bacteriën vissenvoer laten maken of in een kunstmatig blad aan de zonnecel een enzymsysteem koppelen dat stoffen maakt die bruikbaar zijn in de geneeskunde. Het zal meer tijd vergen om die technologieën te ontwikkelen, maar ook meer opleveren.

Deel dit artikel