Att minska koldioxidutsläppen i ekonomin och uppnå övergången från fossila bränslen till förnybara energikällor är en av 2000-talets mest akuta globala utmaningar. Vätgas kan spela en nyckelroll i denna process som ett lovande klimatneutralt energifordon. Än, den så kallade gröna väteekonomin kräver att vätgasproduktionen uteslutande baseras på förnybar energi. Dessutom, det bör helst inte använda dyra och sällsynta metallkatalysatorer, vars produktion får allvarliga miljökonsekvenser. För att möta denna utmaning, ITQB NOVA-forskarna Inês Cardoso Pereira och Mónica Martins arbetar på en innovativ teknik för att producera väte från ljus med hjälp av icke-fotosyntetiska mikroorganismer.

Vätgas erbjuder spännande nya möjligheter som energifordon, men dagens väteproduktion sker fortfarande mestadels från fossila bränslen. Å andra sidan, solenergi är den mest rikliga och ultimata idealiska källan, bland olika förnybara alternativ. Således, hållbara strategier som använder direkt omvandling av solenergi till värdefulla bränslen som väte är ett akut behov.

I en studie som nu publicerats i Angewandte Chemie International Edition , forskarna beskriver ett nytt tillvägagångssätt baserat på biohybridsystem. Dessa kombinerar högväteproducerande icke-fotosyntetiska bakterier med egenproducerade kadmiumsulfid (CdS) halvledarnanopartiklar som är mycket effektiva för att fånga ljus. "Utvecklingen av biohybrider är ett mycket spännande nytt forskningsområde, där vi kan kombinera den höga katalytiska effektiviteten och specificiteten hos biologiska system med syntetiska material som har enastående prestanda när det gäller att fånga upp solenergi eller elektrisk energi", framhåller Inês Cardoso Pereira, chef för Bakteriell energimetabolismlab. "Det här fältet växer snabbt och det mest lovande tillvägagångssättet är att kombinera intakta mikroorganismer med nanopartiklar som produceras på deras yta, som möjliggör direkt energiöverföring mellan dem".

Forskarna undersökte ljusdriven väteproduktion av biohybrider baserade på flera bakterier. Alla genererade biohybrider producerade H ₂ från ljuset, men den som använder Desulfovibrio desulfuricans, en bakterie som finns i jordar, presenterade en enastående aktivitet. Denna bakterie innehåller höga nivåer av hydrogenaser, enzymerna som är involverade i väteproduktionen, och är effektiva för att producera extracellulära sulfidnanopartiklar. Dessa egenproducerade nanopartiklar fångar ljus, som bakterien sedan kan använda för att producera H ₂ . Resultaten visar att D. desulfuricans-CdS-hybriderna visar högt H ₂ produktionsverksamhet, hög stabilitet och en anmärkningsvärd effektivitet vid direkt användning av solenergi, även i frånvaro av dyra och giftiga mediatorer.

Användningen av mikroorganismer och egenproducerade lätta skördematerial är ett billigt och hållbart sätt att generera bränslen. "Detta nya biohybridsystem är en stark kandidat för utvecklingen av en bioreaktorprototyp för grönare H ₂ produktion", förklarar Mónica Martins.