Het oogsten van een elektrische stroom uit biologische fotosynthesesystemen wordt doorgaans bereikt door onderdompeling van het systeem in een elektrolytoplossing. Nu, onderzoekers van Technion-Israëlisch Instituut voor Technologie hebben voor het eerst een vetplant gebruikt om een levende “bio-zonnecel” te creëren die op fotosynthese werkt.
Bij alle natuurlijke, biologische processen van levende cellen – van bacteriën en schimmels tot planten en dieren – zijn processen betrokken beweging van elektronen. De cellen kunnen echter externe elektriciteit produceren, mits er elektroden aanwezig zijn. Onderzoekers gebruikten bacteriën om dit te maken brandstofcellen in het verleden, maar de microben hadden voortdurende voeding nodig. In plaats daarvan hebben wetenschappers, waaronder het team van Noam Adir, zich tot fotosynthese gewend om stroom te genereren.
Licht drijft tijdens dit proces een stroom elektronen van water aan, die uiteindelijk zuurstof en suiker produceert. Net als bij een zonnecel impliceert dit dat levende fotosynthesecellen voortdurend een elektronenstroom hebben die kan worden weggetrokken als een ‘fotostroom’ en kan worden gebruikt om een extern circuit van stroom te voorzien.
Sommige planten hebben dikke nagelriemen om water en voedingsstoffen in hun bladeren vast te houden, zoals de vetplanten die in droge gebieden voorkomen. Als de elektrolytoplossing van een elektrochemische cel wilden Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster en Adir voor het eerst onderzoeken of fotosynthese in vetplanten energie kunnen produceren voor levende zonnecellen.
Met behulp van de sappige Corpuscularia lehmannii, ook wel bekend als de ‘ijsplant’, produceerden de onderzoekers een levende zonnecel. Ze testten een van de bladeren van de plant door er een ijzeren anode en een platina-kathode in te steken, en ontdekten dat er een spanning op stond van 0.28 V. Wanneer hij op een circuit is aangesloten, kan hij meer dan een dag stroom produceren en fotostroomdichtheden tot 20 A/cm2 bereiken.
Ook al zijn deze cijfers lager dan die van een gewone Alkaline batterij, zijn ze slechts op één blad van toepassing. Volgens eerdere onderzoeken naar analoge organische apparaten kunnen talloze in serie geschakelde bladeren de spanning verhogen. Het team heeft doelbewust de levende zonnecel gemaakt protonen in de interne bladoplossing kan zich bij de kathode combineren om waterstofgas te maken, dat vervolgens kan worden opgevangen en voor andere doeleinden kan worden gebruikt. Volgens de onderzoekers is hun aanpak kunnen helpen bij de ontwikkeling van multifunctionele, duurzame groene energieoplossingen in de toekomst.
Journal Reference:
- Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster en Noam Adir. Zelf-ingesloten bio-foto-elektrochemische cel in vetplanten. ACS toegepaste materialen en interfaces DOI: 10.1021/acsami.2c15123
