Zo zit het systeem ongeveer in elkaar… (afb: osuke Okeyoshi et al./Chemical Communications)
De natuur heeft dingen voor elkaar gekregen waar de wrochtsels van mensen bij in het niet vallen. Een van die prachtige ‘uitvindingen’ is de fotosynthese: zonlicht omzetten in chemische energie. Overigens is het rendement van dat natuurlijk systeem niet erg hoog (iets van 2%), dus denkt de mens het beter te kunnen. Nu hebben onderzoekers in Japan een hydrogel ontwikkeld, die iets soortgelijks doet en zo water kan splitsen in waterstof en zuurstof. Waterstof wordt door nogal wat mensen gezien als ideale vervanger van fossiele brandstoffen.
Kosuke Okeyoshi ontwierp, samen met zijn doctoraalstudent Reina Hagiwara en hoogleraar Ryo Yoshida van de Universiteit van Tokio, deze hydrogels die bestaan uit polymeernetwerken. Deze helpen bij het regelen van de overdracht van elektronen, essentieel voor het splitsen van water. De hydrogels zitten verschillende stoffen zoals rutheniumverbindingen en platina-nanodeeltjes, die meehelpen om het natuurlijke proces van fotosynthese na te bootsen.
“De grootste uitdaging was om erachter te komen hoe we die moleculen zo konden ordenen dat ze elektronen soepel konden overdragen”, zegt Okeyoshi. “Door een polymeernetwerk te gebruiken, konden we voorkomen dat ze samenklonterden, wat een veelvoorkomend probleem is in synthetische fotosynthesesystemen.” Hagiwara: “Wat hier uniek is, is hoe de moleculen in de hydrogel zijn georganiseerd. Door een gestructureerde omgeving te creëren, hebben we het energieomzettingsproces veel efficiënter gemaakt.”
Een van de belangrijkste doorbraken in deze studie is het vermogen van de hydrogels om te voorkomen dat de functionele moleculen aggregeren, een groot probleem in eerdere kunstmatige fotosynthesesystemen. Als resultaat hiervan was het team in staat om de activiteit van de watersplitsing aanzienlijk te verhogen en meer waterstof te produceren in vergelijking met oudere technieken.
Groen?
Dit ontwerp heeft grote implicaties voor schone energie, stellen de onderzoekers. Waterstof, geproduceerd met alleen water en zonlicht, zou een belangrijke speler kunnen worden in toekomstige energiesystemen en een hernieuwbaar alternatief kunnen bieden voor fossiele brandstoffen. Okeyoshi: “Waterstof is een fantastische energiebron omdat het schoon en hernieuwbaar is. Onze hydrogels bieden een manier om waterstof te produceren met behulp van zonlicht, wat kan helpen om energietechnologieën te verduurzamen.” Ja, en waterstof is hoog explosief
Ondanks deze veelbelovende resultaten stellen de onderzoekers dat er nog werk aan de winkel is. Het opschalen van de productie van deze hydrogels en het verzekeren van hun stabiliteit op de lange termijn zullen belangrijke volgende onderzoekthema’s zijn zijn. “We hebben het potentieel laten zien, maar nu moeten we de technologie verfijnen voor industrieel gebruik”, zegt Okeyoshi. En nu maar hopen dat dat ruthenium en platina de boel niet verzieken.
Bron: Alpha Galileo