Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon

Rochesterin yliopiston tutkijaryhmä on aloittamassa uraauurtavaa projektia jäljitellä luonnollista fotosynteesiprosessia käyttäen bakteereja kuljettamaan elektroneja nanokiteiseen puolijohdevalokatalyyttiin.

PNAS- lehdessä julkaistussa artikkelissa kemian prosessorit Kara Bren ja Todd Krauss osoittavat, että Shewanella oneidensis -bakteeri tarjoaa käytännössä ilmaisen, mutta tehokkaan tavan tuottaa elektroneja heidän keinotekoiseen fotosynteesijärjestelmään.

Vety on "ihanteellinen polttoaine", Bren sanoo, "koska se on ympäristöystävällinen ja hiilivapaa vaihtoehto fossiilisille polttoaineille."

Suurin osa nykyisistä vedyntuottojärjestelmistä perustuu kuitenkin fossiilisiin polttoaineisiin tai niillä ei ole tehokasta tapaa siirtää elektroneja.

Tutkijat ovat historiallisesti erottaneet vetyä joko fossiilisista polttoaineista tai viime aikoina vedestä. Jälkimmäisen saavuttamiseksi on olemassa suuri paine käyttää keinotekoista fotosynteesiä.

Luonnollisessa fotosynteesissä kasvit absorboivat auringonvaloa, jota ne käyttävät kemiallisten reaktioiden tehostamiseen hiilidioksidin ja veden muuntamiseksi glukoosiksi ja hapeksi. Pohjimmiltaan valoenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi, joka ruokkii organismia.

Kraussin ja Brenin ryhmät ovat työskennelleet noin vuosikymmenen ajan kehittääkseen tehokkaan järjestelmän, joka käyttää keinotekoista fotosynteesiä ja hyödyntää puolijohteen nanokiteitä valon absorboijina ja katalyytteinä.

Yksi tutkijoiden kohtaama haaste oli elektronien lähteen selvittäminen ja elektronien tehokas siirtäminen elektronin luovuttajasta nanokiteisiin. Muut järjestelmät ovat käyttäneet erilaisia menetelmiä mutta, "tarvitaan elektronilähde, joka on melkein ilmainen tai järjestelmästä tulee liian kallis", Krauss sanoo.

Krauss ja Bren raportoivat artikkelissaan epätodennäköisestä elektroninluovuttajasta: Shewanella oneidensis bakteereista.

Vaikka muut laboratoriot ovat yhdistäneet nanorakenteita ja bakteereja, "kaikki nämä ponnistelut ottavat elektroneja nanokiteistä ja laittavat ne bakteereihin ja käyttävät sitten bakteerikoneistoa polttoaineiden valmistukseen", Bren selventää. "Sikäli kuin tiedämme, meidän tapaus on ensimmäinen, jossa mennään päinvastaiseen suuntaan ja käytetään bakteereja nanokiteiden katalyytin elektronien lähteenä."

Kun bakteerit kasvavat anaerobisissa olosuhteissa – olosuhteissa, joissa ei ole happea – ne hengittävät soluaineita polttoaineena ja vapauttavat prosessissa elektroneja. Shewanella oneidensis voi ottaa oman sisäisen aineenvaihdunnan tuottamia elektroneja ja luovuttaa ne ulkoiselle katalyytille.

Siten, toisin kuin mikrobielektrolyysikennot, tämä järjestelmä ei vaadi ulkoista potentiaalia.

Vety on tulevaisuuden polttoaine. "Teknologia on olemassa mutta ennen kuin vety tulee vedestä valon ohjaamana reaktiona - ilman fossiilisia polttoaineita - se ei todellakaan auta ympäristöä." toteaa Bren yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Elektroniikkaa ja bakteereja

Uusia MOF-katalyyttejä

Vetyä suoraan merivedestä