Nieuw onderzoek universiteit Wageningen naar zonnebrandstof

Het doel van de onderzoekers is om duurzame brandstoffen te maken van olie uit algen en daarvoor gebruiken ze synthetische biologie en nanotechnologie, zodat algen efficiënter licht vangen voor fotosynthese. Het project ontvangt 4 miljoen euro van Horizon Europe, het onderzoeks- en innovatiefinancieringsprogramma van de Europese Unie en daarvan gaat 1,5 miljoen euro naar WUR. De Wageningse universiteit werkt in het project samen met de Universitaet Bielefeld, Politecnico Di Torino, In Srl Impresa Sociale, de Universiteit van Amsterdam, het Amsterdamse bedrijf Solarfoil en het Duitse Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften EV.

Zonlicht
Algen maken van nature olie in hun cellen die omgezet kan worden tot brandstof. In het begin van deze eeuw werkten onderzoekers al aan zulke biobrandstoffen. Maar doordat die algen veel licht en extra voedingsstoffen nodig hebben om te groeien, kostte het proces te veel energie en geld. Wageningse wetenschappers werken nu aan een nieuwe vorm van brandstof met algen die hun energie voornamelijk uit zonlicht halen. Ook willen de wetenschappers zonlicht efficiënter gebruiken. De duurzame brandstof die daaruit voortkomt, heet zonnebrandstof en is geschikt voor de scheep- en luchtvaart; sectoren die niet eenvoudig kunnen overschakelen op elektriciteit, zoals landvoertuigen.

De wetenschappers gebruiken een speciale folie met kwantumdots die een onbruikbaar blauw en uv-licht omzetten in licht dat algen kunnen gebruiken. Om algen efficiënter aan het werk te zetten om zonnebrandstof te produceren, proberen de onderzoekers allereerst meer licht beschikbaar te maken voor de algen. Zonlicht bestaat uit een breed spectrum aan kleuren; variërend van rood tot groen en uv-licht.

Rood licht
‘Maar algen gebruiken vooral rood licht voor fotosynthese en hun cellulaire processen’, vertelt Sarah D’Adamo, leider van het project en universitair hoofddocent Bioprocestechnologie. ‘Andere kleuren, waaronder blauw en uv-licht, worden dus niet of nauwelijks benut. Zonde, vinden de Wageningse onderzoekers. Daarom willen zij in dit project nanotechnologie gebruiken om een deel van het niet gebruikte licht om te zetten naar voor algen bruikbaar rood licht.’

Daarvoor gebruiken de wetenschappers een speciale, doorzichtige folie met daarin zogenoemde kwantumdots die een deel van uv-licht en blauw licht omzetten naar rood licht dat algen kunnen gebruiken. Dat folie plakken ze op de glazen reactievaten waarin algen groeien. ‘Je kunt het vergelijken met een rood plastic’, illustreert D’Adamo. ‘Plak je dat tegen een raam, dan werkt het als een filter en komt er alleen nog maar rood licht binnen.’

Batterij
In werkelijkheid werken kwamtumdots in het speciale folie niet als een filter, maar passen ze lichtdeeltjes – fotonen – juist actief aan. Met die technologie maakt de speciale folie straks meer licht beschikbaar waar algen energie uit halen.

Als de algen meer licht tot hun beschikking hebben, moeten ze dat wel kunnen gebruiken. Daarom proberen biologen een soort batterij in de algen in te bouwen waar ze de zonne-energie tijdelijk opslaan. Dat is een biologisch eiwit waar de alg een fosfaatgroep opslaat om energiemoleculen mee te vormen. Ook voegen ze een nieuw moleculair systeem toe waarmee algen meer koolstofdioxide (CO2) opnemen en efficiënter groeien. Voor dat deel van het onderzoek werken de bioprocestechnologen samen met de Wageningse microbioloog Nico Claassens. Tot slot herprogrammeren de wetenschappers het DNA van de algen op zo’n manier dat micro-organismen meer olie produceren dan normaal. Dat alles moet de groei en olieproductie van de algen een stuk efficiënter maken.

Grenzen doorbreken
D’Adamo is verheugd dat het project van start gaat. ‘Fotosynthese verbeteren is een droom die bij biologen al lang bestaat’, vertelt ze. ‘Wat dit onderzoek zo bijzonder maakt, is dat we synthetische biologie met nanotechnologie combineren en zo de grenzen van de natuur proberen te doorbreken. Het blijft een enorme opgave. Misschien lukt het niet in 4 jaar, maar het consortium beschikt over uitgebreide expertise en samen gaan we in ieder geval ons uiterste best doen.’

Om dat voor elkaar te krijgen, zullen er de komende 4 jaar 2 promovendi en een postdoc aan het project werken bij WUR en daarnaast nog andere onderzoekers bij samenwerkingspartners.