Bio-energie uit fotosynthese

Dr. Raoul Frese
Universitair Docent
Vrije Universiteit Amsterdam

De Groene Amsterdammer stelt de volgende vragen:

1. Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

2. Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?

3. Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Wetenschap is als een boom. De boom bestaat uit alle kennis verkregen in elke specialistische tak. Waarbij elke tak op zich weer invloed heeft op de hele boom. Dit geldt des te meer voor mijn vakgebied: bio-energie onderzoek vanuit fotosynthese. De wortels zijn de natuurkunde, de scheikunde en de moleculaire biologie. De stam bevat de levenswetenschappen. En een van de vele takken het fotosynthese onderzoek. Onderzoek naar biologische fotosynthese is een blaadje aan die tak. De manier waarop zonlicht omgezet wordt in bruikbare brandstof is, met de inzet van het voltallige arsenaal aan fysische, chemische en biologische kunde, in de afgelopen tientallen jaren opgehelderd. We zien de invloed op elk atoom binnen een biljardste (=femto-) seconde na absorptie van een foton (lichtdeeltje). We kennen de werking van reparatie mechanismen op moleculaire schaal en zien veranderingen binnen de cel als aanpassing op omgevingsinvloeden. We meten kwantumprocessen en katalytische reacties die onnavolgbaar zijn in mens-gemaakte materialen. Gedreven door het grote maatschappelijke thema over de toekomst van energie zijn er de afgelopen jaren meer blaadjes aan de tak bijgekomen. Gestimuleerd door de grote mate van kennis over het biologische proces, worden nu synthetische moleculen gemaakt voor kunstmatige fotosynthese. Cellen worden veranderd om een hogere efficiëntie van energie-omzetting te bereiken. Biologische hybriden worden gemaakt waarbij bestaande modules aan elkaar worden gekoppeld om een gewenste energie drager te produceren. En met biologische moleculen en polymeren worden middels nanotechnologie bio-hybride zonnecellen geconstrueerd.

Bladgroenkorrels van mais. Deze bladgroenkorrels spelen een belangrijke rol bij de fotosynthese in een plant

Bladgroenkorrels van mais. Deze bladgroenkorrels spelen een belangrijke rol bij de fotosynthese in een plant. Beeld: Dr George Chapman / Corbis

Deze nieuwe blaadjes aan de tak van fotosynthese onderzoek zijn slechts binnen een aantal jaar tot wasdom gekomen. Hun groei is duizelingwekkend en kan in één woord worden verklaard: controle. De controle over en kennis van de biologie is als een vliegwiel sneller en sneller gaan draaien. Zo snel dat nieuwe ontwikkelingen slechts begrenst worden door de fantasie en durf van de individuele wetenschapper. Samenwerken met andere onderzoekers is noodzakelijk, gebruik makend van hun kennis van een van de vele andere takken: nanotechnologie, moleculaire biologie, informatica, natuurkunde en scheikunde. Tezamen goed voor duizenden en duizenden wetenschappelijke artikelen per jaar.

De nieuwste loot aan de tak is synthetische biologie. Hier worden nieuwe cellen en materialen gemaakt, gebruik makend van de biologische machinerie voor synthese en groei. De grootste voortuitgang vindt plaats binnen de medische en farmaceutische wetenschap. Planten produceren medicijnen, blinden kunnen zien, het brein wordt uitgeplozen en nieuwe weefsels gemaakt. Een stap verder zijn synthetische organen en wie weet wordt de dood ook nog verslagen. In mijn veld zal iets soortgelijks plaatsvinden, kunstmatige bladeren die niet alleen zonneenergie kunnen omzetten zoals een plant dat doet maar zichzelf in elkaar kan zetten, zich kan aanpassen en zich zelf kan repareren. Wanneer de verschillen tussen natuur en “ding” zijn opgeheven zal de wereld fundamenteel veranderd zijn.

De doorbraak? Die is er zeker al, ergens in de boom, alleen waar?


Andere bijdragen in Energie, Leven maken, Natuur- en Sterrenkunde