Dansk biotek-sensation: Omvendt plantemotor giver billig og grøn energi

Københavns Universitet udnytter naturens evne til at lave en ’omvendt’ fotosyntese, hvor sollyset hjælper med at hive biologisk materiale fra hinanden, så man hurtigt kan lave energi.

Claus Felby er professor i biomasse ved Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning på Københavns Universitet (Foto: Hanne Kokkegård © Hanne Kokkegård - DR Videnskab)

Forskere verden over jagter metoder, der skaber energi på en smart, effektiv og miljøvenlig måde.

Nu har forskere fra Copenhagen Plant Science Centre på Københavns Universitet gjort en opdagelse, de selv kalder et regulært gennembrud inden for biotek.

Forskerne kan bruge sollyset til at omdanne plantemateriale til biobrændstof, kemikalier, plast og medicin - ved at vende fotosyntesen om.

- Det har været den vildeste hippiedrøm at kunne leve af solen. Nu viser det sig, at naturen har udviklet en toptunet kemisk motor, der bruger den høje energi i solens lys til at gøre arbejdet for os, siger professor Claus Felby til DR Viden.

Vender fotosyntesen om

Claus FelbyInstitut for Geovidenskab og Naturressourcer står i spidsen for forskningen sammen med post.doc. David Canella og Klaus Benedikt Möllers.

Og forskningsresultatet er netop offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

Normalt er sollys gennem fotosyntesen med til at opbygge planter. Her fanges lyset af planternes grønne klorofyl, og lysets energi bruges til at drive alle de processer, som får planterne til at vokse. Uden fotosyntesen var Jorden blot en gold planet med klipper.

I den omvendte fotosyntese går processen så at sige baglæns. Det er stadig klorofyl, som opfanger lyset og dets energi, men ved hjælp af et enzym - lytic polysaccaride monooxygenase - vendes fotosyntesen om, så lysets energi i stedet bruges til at nedbryde plantematerialet.

I naturen bruger svampe og bakterier formentlig den omvendte fotosyntese til bedre at kunne nedbryde planter, men processen er så effektiv til at bruge lysets energi, at man også let kan bruge den til at lave kemiske stoffer, plast og biobrændsel, mener forskerne.

Petrokemisk industri drevet af sollys

Normalt tager sådanne processer mange timer, mens det bare tager få minutter, når sollyset driver processen.

- Der er et enormt potentiale i det her. I stedet for at have fabrikker med store osende skorstene, har du fabrikker med grønne tage, der kører på lys og som stort set ikke forurener. Vi kan potentielt drive mange processer, som i dag er vigtige for at holde vores økonomi i gang, ved bare at bruge lys, siger Claus Felby.

Processen kan fx også udvikles til at oxidere metan til metanol. Det er ligesom den hellige gral inden for kemisk syntese, som mange arbejder med. Dels fordi den kemiske reaktion i sig selv er udfordrende, dels fordi metanol er et meget attraktivt råstof for den petrokemiske industri.

- Har du først metanol, kan du lave alt lige fra kemikalier til flybrændstof. Tænk så hvor fascinerende det er, at biologien tilsyneladende har fundet noget, der er meget mere effektivt end noget som helst andet, vi kender til, og som overgår alt det, vi har prøvet at udvikle i laboratoriet i årevis, siger Claus Felby.

- Det er en helt anden måde at tænke energi på i forhold til produktion af kemikalier og brændstoffer. Det er også en helt anden måde at forstå klodens kulstofcyklus på. Nemlig at lys ikke bare driver og bygger op, men også bryder ned – og er meget effektivt, siger Claus Felby.

Post.doc. David Canella og Klaus Benedikt Möllers har sammen med professor Claus Felby udviklet metoden til den omvendte fotosyntese. (Foto: Hanne Kokkegård - DR Videnskab © Hanne Kokkegård - DR Videnskab)

Svampe bruger metoden som Thors hammer

Forskerne mener, at svampe, bakterier og virus bruger den omvendte fotosyntese med enzymer som en slags Thors hammer, når de skal nedbryde biomasse og spise sukker- og næringsstoffer.

De har brug for at slå hul på ’betonlåget’ i form af en meget robust cellevæg, som planter og træer er udstyret med for at modstå angreb. Når svampen får fat i klorofyl, frigives forskellige enzymer. Og ved hjælp af solens energi, nedbryder svampen biomassen. Det samme kan tænkes at ske i skovbunden.

- Det her kan have potentiale til at ændre verden. Der er så meget nyt i det her, og det udfordrer den måde, vi forstår kemi og biologi på, at det åbner en ladeport til en helt ny verden, tror vi, siger Claus Felby.

Sov ikke i tre uger efter opdagelsen

Forskerne opdagede, at de havde fat i noget potentielt revolutionerende i april 2015, hvor et forsøg på laboratoriet viste, at sollyset kunne bruges til at nedbryde biomasse lynhurtigt.

- Første gang vi så det, troede vi ikke på det. Så lavede vi kontrolforsøg på kontrolforsøg – og selv om alle kontrolforsøg viste, at den var god nok, troede man ikke rigtig på det. Der måtte være en fejl. Noget måtte være galt. Men nej, det var der ikke, siger Claus Felby.

- Da det gik op for os, hvad vi havde fundet her, sov vi nærmest ikke i tre uger. Når jeg fik en idé klokken fire om morgenen og sms’ede til David Canella, kom der svar tilbage efter to minutter. For han lå også vågen og tænkte på de samme ting, siger han.

Forskerne har gentaget forsøget omkring 1200 gange, og et biotekfirma har også prøvet det.

Naturen er smart – vi har bare opdaget det

Forskerne fra Copenhagen Plant Science Centre på Københavns Universitet mener, at deres forskning måske overhaler mange andre projekter indenom med 140 km/t.

- Normalt tænker forskere i katalysatorer og uorganisk kemi til at bruge lysets energi; men her er et eksempel, hvor biologien har udviklet en fantastisk smart lysdrevet proces, siger Claus Felby.

- Når man kigger tilstrækkeligt meget på naturen, opdager man, at naturen allerede har fundet en løsning på problemer, som vi gerne vil løse. Det er jo ikke os, der er særligt smarte. Det er naturen, der er smart. Vi har bare opdaget, hvad naturen kan, siger Claus Felby.

Opdagelsen er altså ifølge forskerne enestående, og forskerne er sikre på metoden. Før opdagelsen kan komme samfundet til gavn, skal der dog forskes og udvikles yderligere på metoden.

Københavns Universitet har for længst søgt patent på metoden.

Fakta - normal og omvendt fotosyntese

  • Ved fotosyntese bruger naturen solens lys (energi), vand og CO2 til at opbygge biologisk materiale. Gennem processen bliver der dannet sukkerstoffer og frigivet ilt

  • Den første og meget vigtige del af processen udføres af planternes klorofyl, som opfanger energien fra lyset og sender den til videre til fotosyntesens reaktionscenter

  • Ved omvendt fotosyntese: Et stort sukkermolekyle fra fx halm og træ (biomasse) skal nedbrydes, ved at man kommer træ- og halmstykker ned i et glas vand

  • Dernæst tilføres et enzym kaldet lytic polysaccaride monooxygenase, som findes i mange svampe og bakterier

  • Tilfør dernæst noget grøn ekstrakt fra blade, som indeholder klorofyl, der fungerer som lysantenner til at opfange solens energi og få den til at lave en kemisk reaktion på enzymet

  • Det hele blandes sammen og stilles ud i sollyset. Derefter er sukkermolekylerne fra biomassen helt eller delvist nedbrudt

  • Sukkermolekylerne kan nu nedbrydes til endnu mindre bestanddele og anvendes som ren energi til at lave fx bioethanol til biler og skibe, plastic, biogas, medicin m.m.

  • Processen er effektiv og hurtig. Uden lys ville det tage timer eller dage, men med Københavns Universitets metode tager det 5 minutter i sollys

  • Processen kan også udvikles til at lave biogas (metan) om til brændstoffet metanol eller måske endda udvikles til at nedbryde plastic.

  • Kilde: Copenhagen Plant Science Centre på Københavns Universitet

Lyset skinner på flaskerne, der indeholder klorofyl udvundet af spinatblade. Klorofylen opfanger lyset, der driver processen, så græs og træ kan blive nedbrudt af det. (Foto: Hanne Kokkegård - DR Videnskab © Hanne Kokkegård - DR Videnskab)

Her kan du se et kort videoindslag med Claus Felby og hans team.

https://www.facebook.com/DRNyheder/posts/1156502164400306

Facebook
Twitter