Kwantumdot-folie verandert blauw licht in groeizaam rood

Wetenschappers willen efficiënt en betaalbaar brandstof maken van olie uit algen. Die gebruiken echter vooral rood licht, wat slechts een klein deel is van het UV-spectrum. Daarom zet het team een deel van het blauwe licht om naar rood met een folie met kwantumdots.

Algen maken van nature olie in hun cellen die omgezet kan worden tot brandstof. In het begin van deze eeuw werkten onderzoekers al aan zulke biobrandstoffen. Maar doordat die algen veel licht en extra voedingsstoffen nodig hebben om te groeien, kostte het proces te veel energie en geld.

In het Sun-Perform project werkt de WUR nu samen met de universiteiten van Amsterdam, Bielefeld en Turijn en het Max-Planck-Gesellschaft, In Srl Impresa Sociale en Solarfoil aan nieuwe vorm van brandstof met algen die hun energie voornamelijk uit zonlicht halen. Ook willen de wetenschappers zonlicht efficiënter gebruiken.

De duurzame brandstof die daaruit voortkomt heet zonnebrandstof en is bedoeld voor de scheep- en luchtvaart: sectoren die niet eenvoudig kunnen overschakelen op elektriciteit, zoals landvoertuigen.

Kwantumdots

Om algen efficiënter aan het werk te zetten, proberen de onderzoekers meer licht beschikbaar maken te maken. Zonlicht bestaat uit een breed spectrum aan kleuren; variërend van rood tot groen en uv-licht. “Maar algen gebruiken vooral rood licht voor fotosynthese en hun cellulaire processen”, vertelt Sarah D’Adamo, leider van het project en universitair hoofddocent Bioprocestechnologie. Andere kleuren, waaronder blauw en uv-licht, worden dus niet of nauwelijks benut. Zonde, vinden de Wageningse onderzoekers. Daarom willen zij in dit project nanotechnologie gebruiken om een deel van het niet gebruikte licht om te zetten naar voor algen bruikbaar rood licht.

Daarvoor gebruiken ze een folie met kwantumdots die een deel van uv-licht en blauw licht omzetten naar rood licht dat algen kunnen gebruiken. De kwantumdots passen fotonen aan. De folie plakken ze op de glazen reactievaten waarin algen groeien zodat er meer licht beschikbaar is waar algen energie uit halen.

Biologische batterij

Als de algen meer licht tot hun beschikking hebben, moeten ze dat wel kunnen gebruiken. Daarom proberen biologen een soort batterij in de algen in te bouwen waar ze de zonne-energie tijdelijk opslaan. “Dat is een biologisch eiwit waar de alg een fosfaatgroep opslaat om energiemoleculen mee te vormen.” Ook voegen ze een nieuw moleculair systeem toe waarmee algen meer koolstofdioxide opnemen en efficiënter groeien. Voor dat deel van het onderzoek werken de bioprocestechnologen samen met de Wageningse microbioloog Nico Claasens. Tot slot herprogrammeren de wetenschappers het DNA van de algen op zo’n manier dat micro-organismen meer olie produceren dan normaal. Dat alles moet de groei en olieproductie van de algen een stuk efficiënter maken.

D’Adamo is verheugd dat het project van start gaat. “Fotosynthese verbeteren is een droom die bij biologen al lang bestaat”, vertelt ze. “Wat dit onderzoek zo bijzonder maakt is dat we synthetische biologie met nanotechnologie combineren en zo de grenzen van de natuur proberen te doorbreken. Het blijft een enorme opgave. Misschien lukt het niet in vier jaar, maar het consortium beschikt over uitgebreide expertise en samen we gaan in ieder geval ons uiterste best doen.”

Het project ontving 4 miljoen euro van Horizon Europe, het onderzoeks- en innovatiefinancieringsprogramma van de EU. Daarvan gaat 1,5 miljoen euro naar Wageningen University & Research (WUR).