Het drijft wetenschappers tot waanzin. In het laboratorium proberen ze uit alle macht meer dan twintig procent efficiëntie uit een zonnecel te persen, terwijl de natuur aan één schamele foton per uur genoeg heeft om bacteriën op de bodem van de zee in leven te houden.

Wetenschappers willen niets liever dan deze bacteriën in het lab nabouwen – miljarden superefficiënte zonnecellen ter grootte van een paar nanometer kunnen een einde maken aan het energieprobleem – maar dan moeten ze eerst weten hoe deze ‘natuurlijke zonnepanelen’ eruit zien.

Lichtantennes

Nieuw onderzoek van de Universiteit Leiden vult nu een stukje van de puzzel in. Een team onderzoekers modificeerde het bladgroen van een alg zodanig dat het lijkt op de uiterst efficiënte ‘lichtantennes’ (chlorosomen, niet te verwarren met chromosomen) van de bacteriën. Vervolgens gebruikten ze een slimme combinatie van twee analysetechnieken om de structuur van de lichtantennes te bepalen.

Groene algen en bacteriën zitten vol met chlorofyl dat licht absorbeert en omzet in bruikbare energie. Bacteriën die op plaatsen leven met bijna geen licht hebben duizenden chlorofylmoleculen geordend tot grote structuren. Deze structuren, de chlorosomen, oogsten licht vele malen efficiënter dan het losse chlorofyl. Dit is een plaatje van zo’n chlorosoom.

Donald Bryant (Penn State University), PNAS

Boomstammetjes

Om de structuur van de zelfgebouwde chlorosomen te bepalen gebruikte het Leidse team twee technieken. De ‘grote’ structuur werd duidelijk toen de onderzoekers röntgenstralen tussen de moleculen van de chlorosomen heen lieten kaatsen (röntgendiffractie). Maar omdat de verzameling lichtvangers niet strak genoeg geordend is, werden de kleine details ingevuld met NMR. Met NMR (kernspinresonantie) worden waterstofkernen in trilling gebracht. Hieruit ontdekten onderzoekers de stapeling en rangschikking van de chlorosomen op het allerkleinste niveau.

Dankzij de combinatie van de twee technieken werd duidelijk dat het omgebouwde bladgroen plat op elkaar gestapeld is. Dit is anders dan bij bacteriën. Daar vormen de chlorosomen een soort boomstammetjes. Met deze kennis hopen de onderzoekers uiteindelijk zelf de structuren na te bouwen.

Groene zonnecel

Hoe goed de gemodificeerde lichtantennes precies werken, dat weten de onderzoekers zelf ook nog niet. Latere tests in de praktijk moeten uitwijzen hoe efficiënt deze natuurlijke zonnecelletjes precies zijn. Maar een doorbraak is niet ondenkbaar: in mei 2009 lieten dezelfde onderzoekers weten dat ze de structuur van de natuurlijke chlorosomen hadden opgelost. Nu is ook de structuur van een gemodificeerde chlorofyl bekend. Hoe ver weg kan een zelfgebouwde groene zonnecel dan nog zijn?

Bron

Lees meer op Kennislink:

• Nieuwe kleurstof biedt perspectief op betere Grätzel-zonnecellen
• Organische zonnecellen
• Energietransfer in ‘natuurgebaseerde’ zonnecel sterk verbeterd
• Zonne-energie beter benutten