Ingenieus schakelkastje maakt algen blauwdruk voor superefficiënte zonnecellen

Het mechanisme kan volgens de 2 universiteiten een inspiratiebron zijn voor superefficiënte zonnecellen. De wetenschappers publiceerden hun resultaten in het wetenschappelijke tijdschrift CellChem.

Algen leggen – net als planten – via fotosynthese energie van de zon vast in biomassa. Maar een plant legt gemiddeld 12 procent van de energie vast, een alg tot wel 98 procent. ‘Die enorme efficiëntie maakt algen uitermate geschikt voor energieopvang en –omzetting’, weet Sem Tamara, promovendus aan de Universiteit Utrecht.

Tamara doet onderzoek naar de moleculaire structuur die de efficiënte fotosynthese in algen mogelijk maakt. Een alg bevat aan zijn oppervlak vele uitsteeksels – antennae – die een belangrijk onderdeel van het light harvesting system vormen. ‘Het is een zeer complex systeem. Elk uitsteeksel bestaat uit een aantal op elkaar gestapelde schijfjes. Binnen in ieder schijfje zit de zogenoemde gamma-bouwsteen, die het licht doorschakelt verder het systeem in.’

Via massaspectrometrie (ms) ontdekte Tamara dat er misschien wel 20 verschillende gamma-bouwstenen bestaan. ‘Met ms stel je het gewicht vast van moleculen. Elk specifiek molecuul heeft zijn eigen gewicht. Het aantal pieken in ons massaspectrum geeft het aantal verschillende vormen weer van één soort molecuul.’ Zeker 4 verschillende gamma-bouwstenen heeft Tamara nauwkeurig weten te definiëren. ‘Enkele daarvan zetten het licht beter om dan de andere.’

Het systeem is volgens de onderzoekers ingewikkelder dan een Zwitsers horloge. Het is het product van 3 miljard jaar evolutie waar ingenieurs nog veel van kunnen leren. Toch betekent de nu ontrafelde grote diversiteit in de moleculen die licht doorlaten niet dat de ene vorm van het light harvesting system efficiënter is dan het andere. Hoogleraar Massaspectrometrie Albert Heck, begeleider van Tamara’s promotieonderzoek: ‘Volgens mij maakt juist de diversiteit in gamma-bouwstenen dat het systeem onder alle omstandigheden optimaal werkt. Het kan zich steeds aanpassen en is daarmee nog geraffineerder dan we al dachten.’

Heck hoopt dat de huidige zonnepanelen, met een opbrengst van hooguit 20 procent, uiteindelijk te verbeteren zijn met het systeem dat algen gebruikt. ‘Het ingenieuze schakelkastje waarmee algen zo efficiënt zonlicht omzetten in bruikbare energie, is ingewikkelder dan een Zwitsers horloge. Dit is het product van 3 miljard jaar evolutie. Daar kunnen ingenieurs nog veel van leren. Een oerorganisme geeft ons de blauwdruk voor ultieme, superefficiënte zonnecellen.’