Kunstmatige fotosynthese | brandstof uit de zon
“Mijn droom is fotosynthese namaken,” zegt Jan van Maarseveen, hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam. Kunstmatige fotosynthese dus.
“De natuur gebruikt de zon als energiebron en CO2 als grondstof. Met energie van de zon wordt CO2 omgezet in glucose. Heb je eenmaal glucose, dan heb je altijd energie tot je beschikking. Zoals blad aan de bomen zonlicht omzet in glucose. Het is de ideale manier van energieopslag. Maar… als je kijkt hoe de natuur dit doet, dan is dat een enorm complexe machinerie.”
Fotosynthese
“Als er zonlicht op bladgroen schijnt, komt er een elektron vrij. Daarna komen er scheikundige reacties, waarbij CO2 wordt omgezet. Het moeilijke is dat die reacties plaatsvinden op een schaal van milliseconden, maar het losmaken van het elektron op een schaal van femtoseconden – een biljoen keer zo snel. Als we dit willen nadoen, hebben we een probleem.
- We maken het elektron los, maar voordat het iets nuttigs kan doen, springt het alweer terug.
- De natuur lost dat op door het elektron zodra het vrijkomt in een soort taxi te douwen. En weg is het.
- Wat ik wil doen, is die taxi maken. Dat doe ik met een moleculaire draad met twee ringen. Wanneer het elektron van de ene ring op de andere springt, kan het niet meer terug. Dat zou te veel energie kosten.
- Daarna komt het elektron in een katalysator, waar het reageert met een proton en waterstof vormt. Zo heb je uiteindelijk een waterstoffabriek.
Heilige graal
We hebben hier al fantastische methodes ontwikkeld om dit voor elkaar te krijgen. Wij kunnen als beste ter wereld twee verschillende ringen plaatsen op een draad met verschillende uiteindes. Mijn collega’s zeiden hierover: Jan, dit is de heilige graal. Want met die twee ringen kun je een elektron één kant op sturen.’
De wereld moet circulair worden, we hebben geen keus. Circulair betekent dat je iets tot in de eeuwigheid kunt volhouden.En dat kan onder andere als we met fotosynthese energie kunnen maken en opslaan.
Lost fotosynthese het energieprobleem op?
Van Maarseveen: “Nee, er is niet één technologie van de toekomst. Wij gaan het probleem dan ook niet helemaal oplossen, maar hiermee kunnen we er wel een steentje aan bijdragen. Er zijn heel efficiënte zonnecellen en windmolens.
Maar het gaat om energieopslag. De zon schijnt niet de hele dag, het waait niet de hele tijd even hard. Deze boom waar we op uitkijken staat glucose te produceren. Daar komt die de hele winter mee door, want de natuur slaat energie op. Wij niet. Dat is ons probleem. Met onze waterstoffabriek kun je op grote schaal in zonnig gebied waterstof produceren. Waterstof kun je wel opslaan. Daarnaast kun je met andere kunstmatige fotosynthesetechnieken CO2 uit de lucht halen.’’
We moeten circulair worden
De wereld moet circulair worden, we hebben geen keus. Circulair betekent dat je iets tot in de eeuwigheid kunt volhouden. De aarde heeft een bepaalde hoeveelheid koolstof, zuurstof enzovoort. Daar moeten we het met miljarden mensen mee doen. Dat hou je alleen vol als je circulair bent.
Het alternatief is een groeimodel, waarbij de hoeveelheid CO2 voortdurend toeneemt. Daarmee maak je de mensheid per definitie kapot. Dat zal de aarde trouwens een zorg zijn. Zodra de mens weg is, wordt alles weer circulair. Want de natuur is wel circulair.
Elk koolstofatoom in je lichaam is ooit CO2 geweest, en via fotosynthese in je lichaam terechtgekomen. Daarom is het ook onvoorstelbaar dat wij scheikundigen dertig jaar geleden teflon een fantastisch materiaal vonden. Nu denk ik: we moeten ons schamen.
De natuur houdt het al miljarden jaren vol, omdat die circulair is. Hoe kunnen wij als chemici een materiaal maken dat niet is af te breken? Dat gaat tegen alle principes in. Dat is dom, echt dom.’
Koolstof
Er is al 3,8 miljard jaar leven op aarde. Het belangrijkste molecuul voor leven is koolstof. Voor hoeveel procent denk je dat de aardkorst uit koolstof bestaat? Maar 0,03 procent! Heel erg weinig, maar dat is geen punt. Want de natuur is de ultieme recycler, dankzij fotosynthese. Ik drink nu koffie met wat suiker, die suiker zet ik om in energie, ik stoot daarbij wat CO2 uit, de natuur zet dat om in glucose en zo is de cirkel rond. Als je dat kunt nadoen, heb je in één klap het energieprobleem en het grondstofprobleem opgelost.