Goedkope en effectieve brandstofcellen bouwen zonder zware metalen

Onderzoekers van verschillende universiteiten, waaronder de Universiteit van Uppsala in Zweden, hebben door het bestuderen van spiraalvormige moleculen in het lichaam, zoals DNA, aanwijzingen gekregen over hoe de energieproductie in brandstofcellen efficiënter kan worden gemaakt zonder bijmenging van kooldioxide en zware metalen. Het nieuwe onderzoek toont aan hoe de spiraalvormige moleculen, die van nature voorkomen in al het leven dat van zuurstof afhankelijk is, de energieproductie in de cellen katalyseren. Dit betekent dat het in de toekomst mogelijk zou kunnen zijn om goedkope en effectieve brandstofcellen te bouwen zonder zware metalen, aldus de Universiteit van Uppsala in een persbericht.

Zuurstof is belangrijk voor een aantal processen in het lichaam, bijvoorbeeld bij de celademhaling, waarbij glucose met behulp van zuurstof wordt omgezet in water en kooldioxide, terwijl tegelijkertijd energie vrijkomt: C6H12O6 + 6O2 -> 6H2O + 6CO2 + energi (ATP). De uitdaging is echter dat glucose-, water- en kooldioxidemoleculen zogenaamde ‘singlet’-toestanden aannemen, terwijl de zuurstof ‘triplet’-toestanden aanneemt, wat betekent dat de reactie niet kan plaatsvinden zonder iets aan de chemische reactie toe te voegen.

Nieuwe vorm DNA ontdekt door onderzoekers TU/e en VU

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en de Vrije Universiteit Amsterdam hebben een nieuwe vorm van DNA ontdekt.

Katalysator

Dit kan echter gebeuren met behulp van een of andere katalysator. Bij andere soorten reacties, bijvoorbeeld in brandstofcellen waar waterstof en zuurstof worden omgezet in water om energie te winnen, kunnen zware metalen zoals platina als katalysator fungeren. Maar tot dusver was niet bekend wat de overeenkomstige katalysator in het lichaam zou kunnen zijn, noch waarom dit met zo’n grote efficiëntie gebeurt als in werkelijkheid het geval is.

Jonas Fransson van de Universiteit van Uppsala is samen met andere wetenschappers tot de conclusie gekomen dat de onbekende katalysator waarschijnlijk bestaat uit spiraalvormige moleculen. Deze spiraalvormige moleculen komen in overvloed voor in het lichaam in de vorm van DNA en andere polymeren, en werken katalytisch voor het soort reacties waarbij zuurstof betrokken is.

Splitsen

Dankzij de spiraalvormige moleculen kunnen de gecombineerde eigenschappen van de tripletten en de singletten, zoals energie en impulsmoment, behouden blijven tijdens de chemische reacties waarbij zuurstof wordt afgebroken tot een zuurstofatoom.

“Om de zuurstofreductie in de reactie met grote efficiëntie te laten verlopen, moeten alle biologische schroefmoleculen in dezelfde richting worden geschroefd, wat leidt tot een bijna honderd procent waarschijnlijkheid dat de zuurstof in het lichaam wordt opgevangen,” legt Jonas Fransson uit.

Wat de spiraalvormige moleculen efficiënt maakt als katalysator, is dat ze de zuurstof kunnen splitsen in zuurstofatomen die met glucose kunnen reageren tot energie, water en koolstofdioxide, op een heel andere manier dan bijvoorbeeld platina.