Biotek-gennembrud: Sollys kan lave kemikalier og energi – Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

IGN > Nyheder > 2016 > Biotek-gennembrud

04. april 2016

Biotek-gennembrud: Sollys kan lave kemikalier og energi

OMVENDT FOTOSYNTESE

Som de første i verden har forskere fra Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning sammen med andre forskere fra Københavns Universitet opdaget en proces i naturen, som de beskriver som omvendt fotosyntese. Det går ud på, at solens stråler kan bruges til at nedbryde plantemasse i stedet for at opbygge den, som vi kender det fra fotosyntesen. Solens stråler kan sammen med planternes grønne klorofyl og et bestemt enzym nedbryde plante-biomassen til f.eks. kemiske stoffer, biobrændsel eller andre værdiprodukter, som det ellers tager lang tid at producere. Opdagelsen har potentiale til at revolutionere den industrielle produktion ved at øge produktionshastigheden og reducere forureningen. Resultatet er netop publiceret i Nature Communications.

Den petrokemiske industri er i dag en nødvendighed for at få vores samfund til at fungere, men udgør også et problem for både miljø og klima. Nu har forskere på Københavns Universitet begået et gennembrud, der har potentiale til at ændre den måde, vi udnytter jordens naturressourcer på:

”Det er en ’game changer’, som kan ændre vores industrielle produktion af brændstoffer og kemikalier og reducere forureningen markant,” siger professor Claus Felby fra Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning på Københavns Universitet, som står i spidsen for forskningsresultatet. Den første erkendelse blev gjort af forskerne David Cannella og Claus Felby fra Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning, og det videre arbejde er lavet sammen med andre forskere fra Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet.

Højere produktionshastighed, mindre energiforbrug og mindre forurening

”Det har hele tiden været der lige for næsen af os, og alligevel har ingen set det: At fotosyntesen ved hjælp af solen ikke blot får ting til at vokse, men at de samme principper også kan bruges til at nedbryde planteprodukter, så de frigiver deres stoffer. Det betyder, at direkte sollys kan drive kemiske processer. Man udnytter den høje energi i solens lys, så processer kan finde sted, uden at der skal tilføres nogen anden form for energi,” siger professor Claus Felby og tilføjer: 

”Opdagelsen betyder, at vi ved hjælp af solen kan lave biobrændsler og biokemikalier til brug i fx plastic hurtigere, ved lavere temperaturer og mere energieffektivt. Nogle af de reaktioner, der i dag tager 24 timer, kan vha. solen gøres på blot 10 minutter,” siger Claus Felby. 

Biotek-gennembrud

Hvad omvendt fotosyntese går ud på
Forskerne har opdaget, at en række naturlige enzymer, kaldet ’monooxygenaser’, som man i dag bruger til at nedbryde sukkerstoffer fra planter til brug i biobrændsler, mangedobler deres effektivitet, hvis de udsættes for sollys:

”Der er tale om en omvendt fotosyntese,” forklarer professor Poul Erik Jensen fra Copenhagen Plant Science Centre på Institut for Plante og Miljøvidenskab ved KU. ”Enzymerne bruger luftens ilt og solens stråler til at nedbryde og omdanne kulstofforbindelserne i bl.a. planter, i stedet for at opbygge og producere ilt som ved den gængse opfattelse af fotosyntese.”

Forskerne ved ikke, hvor udbredt den ’omvendte fotosyntese’ med brug af lys, klorofyl og monooxygenaser er ude i naturen, men meget tyder på, at svampe og bakterier bruger omvendt fotosyntese som en slags ’Thors hammer’, når de vil have adgang til sukker- og næringsstoffer inde i planterne.

Gennembruddet er resultatet af forskning på tværs af fagområder inden for plantevidenskab, bioteknologi og kemi og et eksempel på den forskning, der foregår i Copenhagen Plant Science Centre. Forskningen er for størstedelens vedkommende finansieret af Det Frie Forskningsråd. 

Perspektiver i fremtiden

I fremtiden har ’den omvendte fotosyntese’ potentiale til at nedbryde kemiske bindinger mellem kulstof og brint. Det kan betyde, at man ved hjælp af sollys omdanner methan fra f.eks. biogasanlæg til det flydende brændstof methanol under almindelige biologiske betingelser. Methanol er et meget attraktivt råstof, fordi det kan bruges direkte i den eksisterende petrokemiske industri og forarbejdes til brændstoffer, materialer og kemikalier.

Der er brug for yderligere forsknings- og udviklingsarbejde, før opdagelsen kan komme samfundet til gavn, men potentialet for denne opdagelse er i følge professor Morten J. Bjerrum fra Kemisk Institut på Københavns Universitet noget af det største, vi har set i mange år.

”De mekanismer, der finder sted, når disse enzymer udnytter solens lys, er ikke forstået i detaljer, og det kommer til at kræve grundforskning på højt niveau at aflure naturen dens hemmeligheder,” siger Morten J. Bjerrum. 

Sådan går det til

Resultatet kan genskabes med følgende opskrift:

  • Man tager et stort sukkermolekyle, som skal oxideres – dvs. nedbrydes, fra f.eks. halm og træ (biomasse)
  • Et enzym kaldet lytic polysaccharide monooxygenase, som findes i mange svampe og bakterier
  • Noget grøn ekstrakt fra blade, som indeholder klorofyl

Det hele blandes sammen i et reagensglas og stilles ud i sollyset. Derefter er biomassen helt eller delvist nedbrudt. Det betyder i praksis, at det store sukkermolekyle nemmere kan nedbrydes til endnu mindre bestanddele og anvendes som ren energi til at lave f.eks. bioethanol til biler og skibe, plastic, biogas, medicin, metanol m.m. Udførte man processen uden lys, ville det tage timer eller dage at opnå den samme omdannelse, som vi ser efter blot 5 minutter i sollys.