Brandstof op basis van fotosynthetische zeepbellen

Een zeepfilm met chemisch verschillende zijden. Dat is de nieuwste doorbraak in het onderzoek van de groep van chemicus Sylvestre Bonnet. Deze unieke zeepfilm, en een innovatief apparaat dat voortdurend nieuwe zeepfilms kan produceren, vormen samen belangrijke puzzelstukjes voor de ontwikkeling van kunstmatige fotosynthese.

Zeep: makkelijk, goedkoop en energiezuinig

In het kader van het inmiddels afgeronde SoFia-project richtten Bonnet en zijn collega's zich op zeepfilms. Daarmee imiteerden ze het membraan en de lichtgevoelige moleculen die planten gebruiken voor fotosynthese. 

"Zeep is een goedkoop materiaal, en het kost weinig energie om de zeepfilms te maken", legt Bonnet uit.

Het uiteindelijke doel is de productie van koolstofmonoxide, een cruciaal ingrediënt voor syngas (mengsel van CO en H), dat je kunt omzetten naar vloeibare brandstof voor bijvoorbeeld auto's."

Machine voor fotosynthetische zeepbellen

Het team ontwikkelde een machine die lichtgevoelige moleculen toevoegt aan de zeep, en daarna een constante stroom van uniforme zeepbellen produceert. Onder invloed van licht en onder de juiste omstandigheden, kan dan uiteindelijk fotosynthese plaatsvinden op de zeepfilms van deze bellen. Als dat lukt, dan worden de eindproducten van de fotochemische reactie aan de onderkant van het apparaat automatisch van elkaar gescheiden.

Asymmetrische zeepfilms maken

Er was echter nog één probleem: voor fotosynthese is een zeepfilm nodig die aan beide zijden verschillend is. "Dat is een fundamenteel aspect in de natuur", legt Bonnet uit. "Wanneer je energie omzet in een andere vorm van energie, is er asymmetrie vereist. Het celmembraan van een plant is ook asymmetrisch, net zoals het membraan van de mitochondriën, de energiefabriekjes in onze cellen. Op grotere schaal kun je denken aan een motor, waarbij chemische energie wordt omgezet in beweging. Een motor werkt altijd maar één kant op."

Van nature zijn de zijdes van een zeepfilm chemisch gelijk aan elkaar. De onderzoekers moesten dus een manier vinden om de chemie aan te passen zonder de fragiele zeepfilm kapot te maken, ofwel: de bellen te doen knappen.

Bonnet: "We moesten op beide zijden verschillende moleculen aanbrengen. Met een pipet gingen de bellen kapot. Uiteindelijk gebruikten we een speciale nevelspray gemaakt door collega Cees van Rijn van de Universiteit van Amsterdam. Met die spray konden we heel voorzichtig onze lichtgevoelige moleculen op de zeepfilm aanbrengen. Met spectometrie konden we bewijzen dat de twee kanten van de zeepfilm van elkaar verschillen."

Brandstof aan de ene kant, zuurstof aan de andere

Nu is er een machine die automatisch zeepfilms maakt én een techniek om deze films chemisch geschikt te maken voor fotosynthese.

"Ook hebben we al geëxperimenteerd met het maken van waterstof met behulp van schuim dat reageert op blauw licht," voegt Bonnet toe. "Deze drie stappen moeten we nu combineren."

"Het uiteindelijke doel is een machine die asymmetrische zeepfilms maakt die, wanneer je er licht op schijnt, aan de ene kant brandstof leveren en aan de andere kant zuurstof. Dat is behoorlijk revolutionair en ambitieus. Maar inmiddels hebben we al een aantal cruciale puzzelstukjes en zijn op de goede weg."

Bron: Universiteit Leiden