ENGINEERINGNET.BE - Het vastleggen van energie uit zonlicht is mogelijk door het combineren van fotosynthetische mechanismen, zoals eiwitcomplexen, met geleidende synthetische materialen in een biohybride apparaat.
Zo'n apparaat bestaat uit drie hoofdcomponenten: elektroden, oplosbare mediatoren voor elektronenoverdracht en de fotosynthetische bacteriële reactiecentra. Deze centra gebruiken lichtenergie om een elektronenstroom tot stand te brengen.
Wetenschappers van de Nederlandse Vrije Universiteit Amsterdam en de University of Bristol ontdekten dat dit systeem bijna 100% effectief was onder omstandigheden met weinig licht. Dergelijke omstandigheden zijn vergelijkbaar met de natuurlijke omgeving van het eiwit.
Onder omstandigheden met veel licht, zoals die nodig zijn voor het functioneren in een bio-zonnecel bijvoorbeeld, daalde de efficiëntie met ruim 90% wegens verliesprocessen in verschillende fasen.
De onderzoekers hebben de oorsprong en omvang van deze lekken achterhaald, en een methode ontwikkeld om ze op te sporen en voorstellen gedaan om ze te dichten.
Voor het onderzoek werd een elektrode met een hoog oppervlaktegebied bedekt met fotoproteïnen van een paarse fotosynthetische bacterie, die is geleverd door de University of Bristol.
Belichting van deze biohybride elektrode geeft reductie van een sterk reducerende cofactor, die een elektrische stroom in gang zet. Deze stroom tussen de elektroden werd gemeten met elektrochemie en spectroscopie. Hierdoor konden de onderzoekers de elektronenstroom op het niveau van het eiwit onderscheiden. Dit gaf een gedetailleerder beeld dat veel informatie toevoegde.
Het onderzoek is belangrijk om efficiëntere bio-zonnecellen, gevoeligere biosensoren en productievere biobrandstofcellen te kunnen maken, als motor voor een duurzame economie door middel van natuurlijke fotosynthetische eiwitten.
Belangrijk is dat de gecombineerde detectiemethode makkelijk is toe te passen op verschillende nieuwe biohybride apparaten, waardoor een aanpak met trial-and-error kan verschuiven naar een onderbouwde aanpak voor het verbeteren van deze apparaten.
