Plant kan even efficiënt zijn als zonnecel

Plant kan even efficiënt zijn als zonnecel
Wetenschappers proberen de fotosynthese van landbouwgewassen te verbeteren
Planten benutten zonlicht
veel minder efficiënt dan
moderne zonnecellen
gemaakt van silicium. Maar
biologen en natuurkundigen
zijn begonnen aan een
inhaalrace. Voor planten dus.
Door onze redacteur
Sander Voormolen
Maïsveld in Drenthe. Foto Sake Elzinga
Zonnepanelen op het terrein van het Instituut voor Duurzame Energie op het Spaanse eiland Tenerife. Foto Reuters
Rotterdam. De Amerikaanse biochemicus Robert Blankenship van de
Washington University in St. Louis
laat tijdens lezingen twee foto’s zien,
van een maïsveld en van een grote installatie met zonnepanelen. „Welke
van deze twee maakt het efficiëntst
gebruik van zonne-energie?” vraagt
hij het publiek. „Ze kiezen altijd
voor fotosynthese”, zegt Blankenship, „maar dat is het verkeerde antwoord.”
Nog wel. Maar misschien niet lang
meer, want wetenschappers proberen de fotosynthese – de reactie waarmee planten lichtenergie van de zon
vastleggen in energierijke moleculen
– op allerlei manieren te verbeteren.
In een overzichtsartikel in het blad
Science van afgelopen vrijdag lopen
Blankenship en zijn collega’s de mogelijkheden na. Het artikel kwam
voort uit een workshop over fotosynthese, waarin biologen, chemici en
natuurkundigen de hoofden bij elkaar staken.
De onderzoekers berekenden dat
zonnecellen een efficiëntie halen van
rond de 10 procent. Ze constateerden
ook dat de meeste landbouwgewassen een efficiëntie halen van minder
dan 1 procent. Algen die gekweekt
worden in bioreactors zouden 3 procent kunnen halen, maar blijven dan
nog altijd ver achter bij het hoogtechnologische silicium.
Zonnecellen gebruiken nagenoeg
het hele spectrum van het zonlicht
om het om te zetten in elektrische
energie. De fotosynthese van planten
houdt op bij een golflengte van 710
nanometer. Alles in het spectrum van
het zonlicht wat daarboven zit,
wordt niet benut. En terwijl zonnecellen steeds meer stroom leveren
naarmate er meer licht op valt, schakelen planten en algen de fotosynthesereactie uit als het licht te fel
wordt.
De Amerikanen schrijven in Science
dat planten efficiënter zouden kunnen worden door ze uit te rusten met
het fotonen invangende pigment van
fotosynthetiserende bacteriën, een
suggestie van biofysicus Rienk van
Grondelle van de Vrije Universiteit in
Amsterdam. „Dat pigment kan ook
infrarood licht benutten en daarmee
is dan vrijwel het volledige spectrum
van zonlicht gedekt.”
Planten hebben van nature twee
verschillende systemen voor fotosynthese, die elkaar grotendeels overlappen. „Ze concurreren om dezelfde fotonen”, zegt Van Grondelle. Het
minst efficiënte systeem zou volgens
hem vervangen kunnen worden door
het bacteriële fotosysteem dat infrarood kan benutten. Door genetische
manipulatie of synthetische biologie
zouden hybriden gemaakt kunnen
worden die chlorofyl (pigment uit de
bladgroenkorrels van planten) en
bacteriochlorofyl (pigment van de
bacterie) in hun cellen zouden maken.
Van Grondelle laat dit deel van het
onderzoek over aan anderen („het is
niet mijn expertise”), maar hij werkt
wel aan fundamentele kennis waarmee kan worden voorkomen dat
planten de fotosynthese uitzetten.
Vorig jaar kreeg hij 3 miljoen euro
subsidie voor dit onderzoek. „Ik
hoop de aan- en uitschakelaar te vinden”, zegt Van Grondelle.
De efficiënte zonnecellen zullen
ook altijd gebruikt blijven worden,
maar het probleem daarbij is de opslag van energie, aldus Van Grondel-
Een verbeterde
fotosynthese kan meer
bio-energie opleveren
le. „Er is een maximum aan de capaciteit van batterijen en uiteindelijk
zal er daarvoor te weinig lithium in
de wereld zijn. Elektrische energie
omzetten in waterstof door middel
van elektrolyse is niet heel efficiënt.”
Bio-energie als alternatief staat
daarom flink in de belangstelling
van energieproducenten. Hoewel de
productie van bio-energie door organismen met een verbeterde fotosynthese volgens Van Grondelle „niet
van vandaag op morgen werkelijkheid wordt”, verwacht hij het „rond
2020”. Hij stelt het zich al voor: „Een
cyanobacterie of een synthetisch gemaakte bacterie zou dan gekweekt
kunnen worden in bassins op zee. Zo
hoeft de productie van bio-energie
niet ten koste te gaan van de kostbare
landbouwgrond die hard nodig is
om de groeiende wereldbevolking te
voeden.” Uiteindelijk kan de efficiëntie van de fotosynthese wel boven de 10 procent uitkomen, denkt
Van Grondelle.