Kunstmatig blad maakt kunstmest

Hoe het werkt: fotosynthese door kunstmatig blad

Het kunstmatig blad bootst na wat planten op aarde al drie miljard jaar doen: energie uit zonlicht gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof. De plant gebruikt de waterstof voor het maken van chemische bouwstenen (suikers). Dit proces heet fotosynthese en was decennialang een heilige graal voor scheikundigen die de natuur probeerden na te bootsen. Toen het in 2011 lukte, was dat groot nieuws in de wetenschappelijke wereld.

Een kunstmatig blad gebruikt zonlicht om water te splitsen in zuurstof en waterstof, precies zoals dat ook in een plant gebeurt. Maar waar planten de waterstof gebruiken om koolwaterstoffen mee te maken, kan de waterstof die het kunstmatige blad produceert op verschillende manieren nuttig worden gemaakt. Zo kan de waterstof benut worden in een brandstofcel die er elektriciteit van maakt. Iets wat de Amerikaanse wetenschappers onder leiding van Daniel Nocera in 2011 demonstreerden. In 2016 toonden ze hoe het kunstmatig blad met hulp van een bacterie op een efficiënte manier biobrandstof maakte.

Hoe het werkt: kunstmatig blad en bacteriën creëren kunstmest

Een variant op die laatste truc hebben ze nu gebruikt om kunstmest te maken. Nocera en zijn collega-scheikundigen hebben een systeem gemaakt dat een kunstmatig blad ‘koppelt’ aan genetisch gemodificeerde bacteriën. De bacteriën worden gevoed met de waterstof dat het kunstmatige blad maakt, en met koolstofdioxide die de bacterie uit de lucht haalt. Met deze voedingsstoffen halen de bacteriën enerzijds stikstof uit de lucht en anderzijds maken ze een biobrandstof die ze voor hun eigen energievoorziening gebruiken.

Wanneer de bacterie genoeg biobrandstof heeft aangemaakt, wordt hij in de grond gestopt waar hij ammonia produceert. Door een interactie met de bodem komt deze ammonia als kunstmest beschikbaar voor planten die op de bodem groeien.

Tekst loopt door na afbeelding

Radijsjes die groeiden op een bodem met kunsmest-producerende bacteriën (links) zijn groter dan radijsjes die groeiden zonder deze bacteriën (rechts). Credit: Nocera Lab, Harvard University

Helpt dit de voedselproductie?

De onderzoekers hebben de kunstmest getest op een bodem met radijsjes. Radijsjes die groeiden op de bodem met de kunstmest-producerende bacteriën werden anderhalf keer zo groot dan op een bodem zonder dezelfde soort bacteriën.

Hoewel het een prachtig proof of principle is van lokale, duurzame kunstmestproductie, is het maar de vraag of dit proces daadwerkelijk kan bijdragen aan het verhogen van de voedselproductie in arme gebieden. Zowel het kunstmatige blad als de genetisch gemodificeerde bacteriën liggen niet voor het oprapen en zullen toch eerst gemaakt en geleverd moeten worden. En het verwachte aantal mensen dat er op aarde bij komt tussen nu en 2050, is wel twee miljard.

Voor meer informatie zie ook:

Radio 1 houdt je dagelijks op de hoogte over de laatste ontwikkelingen in de wetenschap
Maandag t/m vrijdag rond 16.20 uur in Nieuws en Co
Dinsdag en vrijdag rond 10.50 uur in De Ochtend

Dit artikel is verzorgd door de wetenschapsredactie vanDe Kennis van Nu(NTR).