Wissenschaftler hacken sich beim Biokraftstoff-Durchbruch in die frühe Phase der Photosynthese

letzter Monat , Exxon Mobil (NYSE: XOM) Ich habe den Stecker gezogen In dem 14-jährigen Algen-Biokraftstoffprojekt, das jüngste Ölunternehmen zu werden, das auf das verzichtet, was einst als Kraftstoff der Zukunft galt, war die ganze Idee nicht ohne Verdienst. Algen haben einige klare Vorteile gegenüber Biofilterfiltern, hauptsächlich weil diese photosynthetischen Mikroorganismen Sonnenlicht äußerst effizient in Biomasse umwandeln; Besitzt Hoher Fettgehalt bis zu 80 % Für einige Sorten und vielfältiger als beispielsweise Mais, eine beliebte Biokraftstoffpflanze.

Leider fanden es Exxon und seine Big Oil-Tochtergruppen sehr schwierig, die Wirtschaftlichkeit von Algen-Biokraftstoffen mit denen von viel billigerem Rohöl mit dem auf Algen basierenden Bioproduktunternehmen konkurrenzfähig zu machen Silana Es wird geschätzt, dass Rohöl 500 $/Barrel erreichen muss, damit Algen-Biokraftstoffe erfolgreich konkurrieren können.

Aber eine neue Entdeckung von Wissenschaftlern könnte Unternehmen wie Exxon und Akteuren im Bereich der erneuerbaren Energien eine neue Rettungsleine bieten. Wissenschaftler haben Ein frühes Stadium der Photosynthese „gehackt“. Und es entdeckte neue Wege, um Energie aus dem Prozess zu gewinnen, eine Entdeckung, die dazu beitragen könnte, saubere Kraftstoffe und erneuerbare Energie zu erzeugen.

Photosynthese-Hack

Einem internationalen Team aus Biologen, Chemikern und Physikern unter der Leitung der University of Cambridge ist es gelungen, die Photosynthese auf molekularer Ebene und auf einer ultraschnellen Zeitskala zu untersuchen: Millionstel einer Millionstel Sekunde.

Obwohl der Prozess, durch den Pflanzen Sonnenlicht und Wasser in Energie umwandeln, den Menschen seit Jahrhunderten bekannt ist, ist die Photophysik des Prozesses, einschließlich der atomaren und molekularen Veränderungen, die auftreten, wenn Sonnenlicht von Pflanzen absorbiert wird, nicht gut verstanden. Eine große Herausforderung beim vollständigen Verständnis der Photosynthese besteht darin, dass der Prozess für viele herkömmliche Überwachungssysteme zu schnell ist, um ihn zu verfolgen. Um diese Barriere zu überwinden, entwickelte das Cambridge-Team eine Technik, die ultraschnelle Spektroskopietechniken verwendet, bei denen Laserimpulse verwendet werden, die auf Proben lebender Zellen gerichtet sind, um schnelle zelluläre Veränderungen zu überwachen.

Laut Studienautor Tomi Baikie machen diese Laser „Bilder“ von photosynthetischen Zellen mit einer Rate von „…Millionen Mal schneller als Ihr iPhone. Die (Quanten-)Elektronik in der Pflanzenwelt ist ziemlich erstaunlich. Wir haben nicht damit gerechnet, dass es so gut funktioniert – aber es hat wirklich, wirklich gut funktioniert. Damit haben wir ein neues Werkzeug zum Verständnis von Zellen.“

Die wichtigste Erkenntnis des Teams ist, dass die für die Photosynthese notwendigen Elektronen viel früher als bisher angenommen aus den Zellen extrahiert werden. Zhang und ihre Kollegen haben versucht zu verstehen, wie ringförmige Moleküle namens Chinone Elektronen aus der Photosynthese „stehlen“ können. Chinone können leicht Elektronen aufnehmen und abgeben. Wissenschaftler haben ultraschnelle transiente Absorptionsspektroskopie verwendet, um zu untersuchen, wie sich Chinone in photosynthetischen Cyanobakterien in Echtzeit verhalten, während es viele Versuche gab, Elektronen rechtzeitig aus der Photosynthese zu „stehlen“.Dies zu erreichen, würde viele aufregende Möglichkeiten eröffnen, bei denen Photovoltaikzellen und ihre Komponenten als selbsterzeugende und selbstreparierende Katalysatoren fungieren können, die von künstlichen Systemen nicht repliziert werden können.“ Die bisherige Komplikation, fügte Zhang hinzu, besteht darin, dass die Forscher nicht „sehen“ konnten, wo die Elektronik aus den Zellen gestohlen wurde.

Wenn das irgendwie byzantinisch und unorthodox klingt, ist der große Vorteil hier, dass diese Entdeckung ein potenzieller Spielveränderer mit einer Reihe zukünftiger Anwendungen ist, von Biokraftstoffen bis zur Entwicklung effizienterer Pflanzen, die die Wettbewerbsfähigkeit zukünftiger Biokraftstoffe verbessern könnten. Darüber hinaus haben Wissenschaftler untersucht, wie die Photosynthese zur Bewältigung der Klimakrise eingesetzt werden kann, indem beispielsweise photosynthetische Prozesse simuliert werden, um sauberen Kraftstoff nur aus Sonnenlicht und Wasser zu erzeugen.

„Alles, was es braucht, sind ein paar grundlegende Hacks, um das Feld komplett zu verändern. Diese Durchbrüche erfordern Zeit, aber auch Investitionen in Grundlagenforschung und interdisziplinäre Forschung. Diese Arbeit ist eine schöne Demonstration davon, wir haben die Zielpfosten geändert, die diese Technologie sein kann,sagte Zhang.

Von Alex Kimani für Oilprice.com

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