Door goed te kijken hoe planten licht invangen en naar de juiste plek leiden, hebben chemici van TU Eindhoven kunstmatige bladeren ontwikkeld die op kleine schaal op locatie chemicaliën kunnen maken. De ‘mini-fabriekjes’, waarvan sommige daadwerkelijk de vorm van een blad hebben, heten micro-reactors. Chemici zoeken al lang naar manieren om zonlicht te benutten voor chemische processen.
Probleem is dat de kracht van zonlicht eigenlijk te gering is. “Maar planten spelen het wel klaar om met zonne-energie een reeks van chemische processen in gang te zetten. Het zijn vaak redoxreacties, precies het soort reacties waarin wij ook geïnteresseerd zijn”, vertelt Timothy Noël, die de onderzoeksgroep in Eindhoven leidt.
Eiwitcomplexen
“We hebben heel goed gekeken naar de fotosynthese. Je ziet in het bladgroen een reactiecentrum omringd door allerlei grote eiwitcomplexen. Dat roept de vraag op wat de functie van die complexen is; waarom is alleen dat reactiecentrum niet voldoende? Het antwoord is dat het licht gebundeld naar het reactiecentrum moet worden geleid en dat het hele lichtspectrum moet worden benut om een voldoende hoog energieniveau te bereiken. Er moeten voldoende fotonen (lichtdeeltjes) worden ingevangen om de reacties op gang te krijgen. Daarvoor dienen die eiwitcomplexen, bekend als antennesystemen. De natuur heeft zo een manier gevonden om zelfs onder relatief lage lichtniveaus de benodigde reacties op gang te houden.”
Plastic blad
Het kunstmatige blad heet officieel Luminescent Solar Concentrator (LSC) en is gemaakt van een speciaal soort plastic PDMS. Het bevat lichtgevoelige moleculen die het zonlicht invangen en omzetten in een bepaalde kleur. Door de speciale eigenschappen van het plastic kan het ingevangen licht alleen aan de zijkant het materiaal weer verlaten. Aan die zijkant plaats je dan een reactiecentrum. “De essentie is dus dat we het opgevangen licht allemaal naar een reactiecentrum leiden. In ons geval zijn dat kleine kanaaltjes in het kunstmatige blad waar we chemicaliën doorheen pompen. Die worden onder invloed van het licht omgezet in gewenste stoffen”, vertelt hij.
Medicijnen en gewasbeschermingsmiddelen
De nieuwe techniek biedt heel veel mogelijkheden. Overal waar je op relatief kleine schaal chemicaliën nodig hebt, zou je die ter plekke kunnen produceren, geeft hij aan. “In de eerste plaats kun je denken aan producten met een hoge waarde, zoals medicijnen of gewasbeschermingsmiddelen.”
De aandacht gaat vooralsnog vooral uit naar medicijnen. “Nu nog worden medicijnen gemaakt met vervuilende chemische processen en verbruik van fossiele energie. Bij gebruik van zonlicht krijg je een veel duurzamer en goedkoper proces. En een groot voordeel: je kunt de chemicaliën maken op de plek waar je ze nodig hebt.”
Als voorbeeld noemt hij artimisinine, een malariamedicijn waarvoor de grondstof wordt gewonnen uit zoete alsem (Artimisia annua). “De eerste bewerkingsstappen zijn microbieel, maar de cruciale stap is een fotochemische reactie. Die zou heel goed kunnen plaatsvinden met kunstmatige bladeren.”
In het laboratorium in Eindhoven zijn tal van studenten en promovendi bezig om de techniek met de kunstmatige bladeren te verbeteren en te zoeken naar geschikte toepassingen. Daarbij hebben de ‘bladeren’ inmiddels de vorm van grote rechthoekige platen met kanaaltjes erin aangenomen.
Tekst: Tijs Kierkels.
