ENGINEERINGNET.BE - Op honderd meter onder de zeespiegel dringt nauwelijks nog zonlicht door.
Toch weet de groene zwavelbacterie voldoende energie te halen uit dat kleine beetje licht. Ook kan de bacterie energie winnen uit infrarood licht van hete onderzeese bronnen nabij bodemscheuren in de oceaan.
Hoe heeft de natuur dit zo efficiënt ingericht? Dat onderzoekt natuurkundige Thomas La Cour Jansen van de Rijksuniversiteit Groningen door de structuur van de groene zwavelbacterie nauwkeurig in beeld te brengen en verbanden te zoeken tussen structuur en functie.
Dat doet hij met computermodellen die de bacterie nabootsen op het niveau van specifieke kleurstofmoleculen en met modellen die voorspellen welke kleur licht de bacterie goed kan opnemen en hoe dat tot energietransport leidt.
Jansen ontdekte dat de groene zwavelbacterie efficiënt energie uit licht haalt dankzij een samenspel van verschillende structuren.
De bacterie combineert kleurstofmoleculen in allerlei vormen: spiralen, dunne buisjes en een soort lamellen, die strak in elkaar passen.
"Zo'n gevarieerde structuur zorgt ervoor dat de energie die het licht opwekt allerlei kanten op kan en niet onnodig wordt afgeremd."
De structuur van de groene zwavelbacterie maakt dus efficiënte energieverplaatsing mogelijk. Door het verband tussen structuur en functie te bestuderen, krijgt Jansen inzicht in hoe zonnecellen zijn te verbeteren.
Elektronen hebben namelijk de neiging terug te keren naar het dichtstbijzijnde atoom waarvan een elektron ontbreekt, ofwel electron-hole recombination. Daarbij gaat elektrische lading verloren.
Jansen laat met zijn computermodellen zien dat in organische zonnecellen een soortgelijke gelaagde organisatie van organische moleculen helpt om te zorgen dat elektronen in dit type zonnecellen blijven stromen en dus hun energie elders kunnen afleveren.
De groene zwavelbacterie heeft nog meer ingebouwde handigheidjes, zoals dark states. Deze toestanden absorberen geen licht en verliezen geen energie, maar nemen energie over van naburige lichtabsorberende toestanden om die verder te transporteren. Ze vormen daarmee een soort tussentijdse opslag.
Jansen: "Atomen die energie uit zonlicht opnemen, stralen zelf altijd ook wat licht uit. Als ze hun energie direct doorgeven aan de dark states, gaat die niet verloren. Dat kan ook nuttig zijn voor zonnecellen."
