Samen met elektriciteit wordt waterstof beschouwd als een veelbelovende alternatieve energiebron van de toekomst. Door zijn complexe en energie-intensieve productie heeft het tot nu toe echter slechts een ondergeschikte rol gespeeld in vergelijking met elektriciteit. Een internationaal onderzoeksteam van de University of Bristol (Engeland) en het Harbin Institute of Technology (China) hebben nu een nieuwe methode voor de productie van waterstof gepresenteerd. Namelijk door middel van kleine, microbiële, druppelvormige fabrieken. Deze “fabrieken” zijn algen die waterstof produceren in plaats van zuurstof bij blootstelling aan daglicht in de lucht.
Zuurstofgebrek als oplossing
Normaal gesproken nemen algencellen kooldioxide op en zetten dit om in zuurstof door middel van fotosynthese. In de studie werden suikerhoudende druppels vol met levende algencellen gebruikt om waterstof te produceren in plaats van zuurstof door middel van fotosynthese. Het team, bestaande uit Professor Stephen Mann en Dr. Mei Li van de Bristol School of Chemistry en Professor Xin Huang en collega’s van het Harbin Instituut voor Technologie, hebben ongeveer 10.000 algencellen in suikerhoudende druppels gevangen. Deze druppels werden vervolgens samengeperst door osmotische compressie. Op deze manier hopen de algen zich op in het centrum, waar de zuurstofconcentratie zeer laag is.
Dit gebrek aan zuurstof zorgde ervoor dat speciale enzymen, zogenaamde hydrogenases, actief werden in de algen. Deze zetten het fotosyntheseproces in gang door de algen die de zuurstof uit het water opnemen om het tekort op te vangen. Wat overbleef was waterstof. “Op deze manier konden ongeveer een kwart miljoen microbiële fabrieken, die typisch slechts een tiende van een millimeter groot waren, in één milliliter water worden bereid”, zeggen de onderzoekers. Om de waterstofproductie te versnellen, gebruikten de wetenschappers een dunne laag aërobe bacteriën die het aantal algencellen in de druppels verhoogde.
Simpele en flexibele methode
Het onderzoek bevindt zich nog in een vroeg stadium, maar volgens de wetenschappers is het een stap in de richting van de fotobiologische ontwikkeling van groene energie onder natuurlijke aërobe omstandigheden. “Het gebruik van eenvoudige druppels als vectoren om de organisatie van algencellen en fotosynthese in synthetische microruimtes te controleren, biedt een potentieel milieuvriendelijke benadering van de waterstofproductie, die we in de toekomst hopen te ontwikkelen,” zei Professor Stephen Mann, co-directeur van Max Planck Bristol Centre for Minimal Biology.
Bovendien is de methode eenvoudig en moet deze “schaalbaar zijn zonder de levensvatbaarheid van levende cellen aan te tasten”, benadrukt professor Xin Huang van het Harbin Institute of Technology. “Het blijkt ook flexibel te zijn; zo hebben we onlangs een groot aantal gistcellen in de druppels opgesloten en de microbiële reactoren gebruikt voor de productie van ethanol”.
Het team heeft de resultaten van hun onderzoek gepubliceerd in het artikel Photosynthetic hydrogen production by droplet-based micro-reactors under aerobic conditions in het tijdschrift Nature Communications.
Foto: Elektronenmicroscoopbeeld van een dicht opeengepakte druppel waterstofproducerende algencellen.
© Prof. Xin Huang, Harbin Institute of Technology
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
