Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, VK, hebben 3D-printing gebruikt om “nano-wolkenkrabbers” te maken waar zonminnende bacteriën snel kunnen groeien. De onderzoekers waren vervolgens in staat om de afval-elektronen van de bacteriën, overgebleven van de fotosynthese, te extraheren, die kunnen worden gebruikt om kleine elektronica aan te drijven. Dat heeft de Universiteit van Cambridge bekend gemaakt in een persbericht.
Andere onderzoeksteams hebben energie gewonnen uit fotosynthetische bacteriën. Maar de onderzoekers van Cambridge hebben ontdekt dat als zij deze bacteriën van het juiste soort ‘huis’ voorzien, de hoeveelheid energie die zij kunnen produceren, flink toeneemt. De aanpak is concurrerend met traditionele methoden voor de opwekking van hernieuwbare bio-energie. Het heeft al een omzettingsefficiëntie bereikt die veel van de huidige methoden voor de opwekking van biobrandstoffen kan overtreffen.
Nieuwe methoden om bio-energie op te wekken
Hun resultaten, die zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials, openen nieuwe wegen voor de opwekking van bio-energie. Het lijkt erop dat “biohybride” bronnen van zonne-energie een belangrijke component kunnen vormen in de CO2-vrije energiemix. De huidige hernieuwbare technologieën, zoals zonnecellen op basis van silicium en biobrandstoffen, zijn veel beter dan fossiele brandstoffen in termen van koolstofuitstoot, maar ze hebben ook beperkingen, zoals een afhankelijkheid van mijnbouw, uitdagingen bij recycling, en landbouw en landgebruik, wat leidt tot verlies van biodiversiteit.
“Onze aanpak is een stap in de richting van het maken van nog duurzamere apparaten voor hernieuwbare energie voor de toekomst”, zei Dr Jenny Zhang van het Yusuf Hamied Department of Chemistry, die het onderzoek leidde. Zhang en haar collega’s van het Department of Biochemistry en het Department of Materials Science and Metallurgy werken aan het herdenken van bio-energie tot iets dat duurzaam en schaalbaar is.
Cyanobacterien
Fotosynthetische bacteriën, of cyanobacteriën, zijn de meest overvloedige levensvorm op aarde. Onderzoekers proberen al enkele jaren de fotosynthesemechanismen van cyanobacteriën te “herbedraden” om er energie uit te halen. “Er is een knelpunt in termen van hoeveel energie je eigenlijk uit fotosynthetische systemen kunt halen, maar niemand begreep waar het knelpunt lag,” zei Zhang.
“De meeste wetenschappers gingen ervan uit dat het knelpunt zich aan de biologische kant bevond, in de bacteriën, maar wij hebben ontdekt dat een aanzienlijk knelpunt zich eigenlijk aan de materiële kant bevindt.” Cyanobacteriën hebben veel zonlicht nodig om te groeien – zoals het oppervlak van een meer in de zomer. Om de energie die ze via fotosynthese produceren te onttrekken, moeten de bacteriën aan elektroden worden bevestigd.
3D-geprinte elektroden
Het Cambridge-team 3D-printte elektroden op maat uit nanodeeltjes van metaaloxide die op maat gemaakt waren om samen te werken met de cyanobacteriën tijdens hun fotosynthese. De elektroden werden geprint als sterk vertakte, dicht opeengepakte pijlerstructuren, als een piepkleine stad. Zhangs team ontwikkelde een printtechniek die controle over meerdere lengteschalen mogelijk maakt, waardoor de structuren in hoge mate aanpasbaar zijn, wat van voordeel kan zijn voor een breed scala van gebieden.
“De elektroden hebben uitstekende lichtdoorlatende eigenschappen, zoals een wolkenkrabber met heel veel ramen”, zei Zhang. “Cyanobacteriën hebben iets nodig waar ze zich aan kunnen hechten en een gemeenschap kunnen vormen met hun buren. Onze elektroden zorgen voor een balans tussen veel oppervlakte en veel licht – zoals een glazen wolkenkrabber.”
Bio-energie
Toen de zelfassemblerende cyanobacteriën eenmaal in hun nieuwe ‘bekabelde’ huis waren, ontdekten de onderzoekers dat ze efficiënter waren dan andere huidige bio-energietechnologieën, zoals biobrandstoffen. De techniek verhoogde de hoeveelheid onttrokken energie met meer dan een orde van grootte ten opzichte van andere methoden om bio-energie uit fotosynthese te produceren.
“Ik was verbaasd dat we in staat waren de getallen te halen die we haalden. Soortgelijke getallen zijn al vele jaren voorspeld, maar dit is de eerste keer dat deze getallen experimenteel zijn aangetoond”, aldus Zhang. “Cyanobacteriën zijn veelzijdige chemische fabrieken. Onze aanpak stelt ons in staat om hun energieomzettingsroute in een vroeg stadium aan te boren, wat ons helpt te begrijpen hoe ze energieomzetting uitvoeren, zodat we hun natuurlijke routes kunnen gebruiken voor hernieuwbare brandstof of chemische generatie.”
Lees ook: Is er leven op Mars? Dankzij deze bacteriën is het straks mogelijk
Geselecteerd voor jou!
Innovation Origins is het Europese platform voor innovatienieuws. Naast de vele berichten van onze eigen redactie in 15 Europese landen, selecteren wij voor jou de belangrijkste persberichten van betrouwbare bronnen. Zo blijf je op de hoogte van alles wat er gebeurt in de wereld van innovatie. Ben jij of ken jij een organisatie die niet in onze lijst met geselecteerde bronnen mag ontbreken? Meld je dan bij onze redactie.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
