Fotosynthese simuleren: op die uitdaging breekt de wetenschap al decennia haar tanden. Twee groepen wetenschappers hebben nu elk voor een doorbraak getekend.
Het is de grote droom van elke wetenschapper die in duurzame energie geïnteresseerd is: de fotosynthese van planten nabootsen. Dat is een geweldig efficiënt proces, veel efficiënter dan wat wij er met onze fossiele brandstoffen van bakken. In het bladgroen van bladeren wordt zonlicht gebruikt om water te splitsen in zuurstof en nog wat losse onderdelen, zoals elektronen. Daarmee wordt koolstofdioxide (CO2) uit de lucht gehaald en omgezet in eenvoudige suikers die een plant kan gebruiken.
Fotosynthese steunt op eenvoudige en alomtegenwoordige stoffen, met licht als aandrijving. Dat CO2 een broeikasgas is en fotosynthese kan bijdragen tot de strijd tegen de klimaatopwarming, is handig meegenomen. Helemaal duurzaam is het proces niet, want er gaat lichtenergie verloren in de vorm van warmte die niet in suikers wordt omgezet. Maar een kniesoor die daarop kijkt. Ter vergelijking: onze zonnecellen zetten amper 20 procent van het invallende licht om in elektriciteit.
Wetenschappers proberen de fotosynthese al decennialang te simuleren – tevergeefs. Maar af en toe is er een doorbraak, die op zichzelf al nuttige toepassingen kan hebben. Uit een studie in het vakblad ACS Synthetic Biology blijkt dat het mogelijk is om met een zelfgemaakt enzym de fotosynthese van wieren zo aan te passen dat de piepkleine plantjes in staat zijn een schadelijk herbicide in grondwater af te breken. Onderzoekers maakten een synthetische versie van een gen dat in bruine ratten het betrokken enzym produceert. Die namaakversie brachten ze in de wiertjes in. Het enzym dient er als een tijdelijke opslagplaats voor elektronen uit de ontbinding van water, die vervolgens de vervuiler aanpakken.
In het vakblad Angewandte Chemie melden andere onderzoekers dat ze een cruciale stap in de fotosynthese hebben nagebootst door middel van artificiële moleculen. Planten slaan elektronen uit het splitsingsproces van water tijdelijk op, om er later CO2 mee te verwerken. Met een laser simuleerden de onderzoekers lichtinval op de kunstmatige moleculen, waarna die gedurende 870 nanoseconden een aantal elektronen konden opslaan. De korte tijdspanne zou volstaan voor kunstmatige fotosynthese. Het procedé onderscheidt zich van vorige pogingen doordat het zelf weinig energie vergt. Een van de breekpunten voor kunstmatige fotosynthese is dat een aantal stappen meer energie kosten dan uit het proces gehaald kan worden. De natuur is op veel vlakken véél efficiënter dan de mens. Ze heeft dan ook meer tijd gehad om, via het proces van natuurlijke selectie, te experimenteren en een maximale efficiëntie te bereiken.
Een namaakversie van een gen uit ratten verhoogt het rendement van de fotosynthese in planten.
