Att minska koldioxidutsläppen för att förhindra klimatförändringar kräver utveckling av ny teknik för hållbar och förnybar biobränsleproduktion. Molekylärt väte anses vara en av de mest lovande energibärarna på grund av sin höga energitäthet och rena, kolfri användning. En forskargrupp från Åbo universitet, Finland, har upptäckt ett effektivt sätt att omvandla solenergi till bioväteets kemiska energi genom fotosyntesen av gröna alger som fungerar som cellfabriker.

Under fotosyntesen, grönalger använder skördad solenergi för att dela vatten, släpper ut syre i atmosfären och producerar biomassa som fungerar som ett utmärkt råmaterial i det blå bioraffinaderiet.

Grönalger är också effektiva biokatalysatorer och kan omvandla solenergi och koldioxid direkt till olika värdefulla föreningar, som vitaminer, antioxidanter, polymerer, och kolhydrater.

"När algceller först inkuberas under anaeroba förhållanden i mörker och sedan exponeras för ljus, de börjar producera väte effektivt, men tyvärr bara för några sekunder, säger ledaren för forskargruppen, Yagut Allahverdiyeva-Rinne, Docent i molekylär växtbiologi vid Åbo universitet.

Forskare har redan i decennier trott att det främsta hindret för den långsiktiga väteproduktionen i alger i ljus är förstörelsen av hydrogenasenzymet, ett nyckelelement i denna process, som orsakas av syre.

"Eftersom alger ständigt släpper syre under sin fotosyntes som sker samtidigt med produktionen av väte, upprätthållande av anaeroba förhållanden i belysta kulturer har varit särskilt besvärligt, " säger seniorforskaren Sergey Kosourov, en medlem av forskargruppen.

Ny och ekologiskt hållbar metod för att producera bioväte

Forskarna vid Åbo universitet bestämde sig för att tillämpa kunskapen från grundforskningen om fotosyntes av alger och etablerade en ny metod för att producera väte som inte utsätter grönalger för ytterligare näringssvält och, Således, utan att anbringa någon betydande stress på cellerna.

Forskarna visade att produktionen av väte kan förlängas avsevärt genom att helt enkelt exponera de anaeroba algkulturerna för ett tåg av starka men korta ljuspulser, som avbryts av längre mörkerperioder.

"Under dessa omständigheter, algkulturer som utsätts för solljus samlar inte syre i mediet. Dessutom, alger styr elektronerna som är ett resultat av nedbrytningen av vatten och laddas av solljus till väteproduktion istället för biomassaackumulering. Processen varar i, åtminstone, flera dagar och den maximala hastigheten för produktionen av väte inträffar under de första åtta timmarna, " säger Kosourov.

Forskningen visade tydligt att ett stort hinder för effektiv väteproduktion inte är syre utan en stark konkurrens mellan två metabola vägar:koldioxidfixering som leder till biomassaackumulering och hydrogenasenzymet som katalyserar fotoproduktion av väte.

"Studien öppnar för nya möjligheter för att bygga effektiva levande cellfabriker för produktion av biobränslen och olika kemikalier direkt från solljus, koldioxid och vatten. Forskningen ger viktig information om hur man undviker att "slösa" soldriven energi vid produktion av biomassa och hur man använder denna energi direkt för produktion av användbara bioprodukter, " säger Allahverdiyeva-Rinne.

Den nya metod som forskarna tagit fram är värdefull både för grundforskningen av fotosyntesen av alger och för industrisektorns forsknings- och utvecklingsarbete vid framställning av ny teknik för storskalig produktion av kolneutrala biobränslen.