persbericht - Vrije Universiteit Amsterdam

PERSBERICHT
14 JULI 2014
VU-natuurkundigen ontrafelen rol kwantummechanica in
fotosynthese
Bevindingen dragen bij aan verbetering zonnecellen als duurzame energiebron
Natuurkundigen van de Vrije Universiteit Amsterdam hebben ontdekt op welke manier planten
kwantummechanica inzetten tijdens de fotosynthese – het proces waarin zonlicht koolstofdioxide omzet in
energie. Hun bevindingen dragen bij aan de verbetering van zonnecellen en zijn 13 juli verschenen in Nature
Physics.
Kunstmatige fotosynthese als duurzame energiebron
Bij de huidige generatie organische zonnecellen gaat veel energie verloren bij het omzetten van zonneenergie naar elektriciteit. Kunstmatige fotosynthese is daarom een veelbelovende strategie om zonlicht als
duurzame energiebron te gebruiken. Fotosynthese is het proces waarbij planten zonlicht benutten om
koolstofdioxide om te zetten in energie. De eerste stappen bij deze omzetting vinden plaats in enkele
picoseconden en met een zeer hoog rendement waarbij vrijwel geen energie verloren gaat. Kunstmatige
nabootsing van dit proces kan de basis leggen voor het ontwerp van een nieuwe generatie zonnecellen met
hogere opbrengsten. Om fotosynthese goed te kunnen nabootsen, moet dit proces eerst tot op atomair
niveau ontrafeld worden.
Kwantummechanische principes in fotosynthese
VU-wetenschappers Elisabet Romero Mesa en Rienk van Grondelle en collega's van de Universiteit van Lund
(Zweden) en de Staatsuniversiteit van Moskou (Rusland) hebben nu ontdekt welke natuurkundige principes
er achter de fotosynthese schuilen. Wanneer het zonlicht de plantcellen bereikt, splitsen chlorofylmoleculen –
die planten hun groene kleur geven – de zonne-energie in een positieve en een negatieve lading. De
negatieve lading wordt gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in een brandstof, de positieve lading zorgt
ervoor dat zuurstof ontstaat. De wetenschappers lieten zien dat planten kwantummechanische principes in
deze scheidingstap gebruiken, in het bijzonder zogenaamde kwantumcoherentie. De chlorofylmoleculen
bevinden zich in een eiwitstructuur waarin ze sterk met elkaar wisselwerken, waardoor de geabsorbeerde
zonne-energie zich op een golfachtige manier tussen de chlorofylmoleculen beweegt. Deze
kwantumcoherentie zorgt telkens weer voor de best mogelijke route naar de splitsing van de lading, waardoor
plantcellen op zeer efficiënte wijze elektriciteit opwekken.
Gespecialiseerde lasers
De onderzoekers maakten gebruik van gespecialiseerde lasers die slechts 15 femtoseconden (15 miljoenste
van een miljardste van een seconde) licht uitzenden. Van Grondelle: “Met deze experimentele opstelling
konden we aantonen dat kwantumcoherentie een cruciale rol speelt in het ‘vangen’ van de zonne-energie.
Nu kunnen we dit principe gaan nabootsen in kunstmatige, mens-gemaakte, fotosynthetische systemen,
waardoor hun rendement zal verhogen.”
NOOT VOOR DE REDACTIE
Het artikel Quantum coherence in photosynthesis for efficient solar-energy conversion is verschenen in
Nature Physics. Op de website van Nature staat een Engelstalige toelichting op het onderzoek. Voor meer
informatie kunt u contact opnemen met Rienk van Grondelle.
Persvoorlichting VU
Rienk van Grondelle
T
020 5985666
T
020 5987930
E
[email protected]
E
[email protected]