Kunstmatige fotosynthese als energiebron

[vormstreber]

Tegenwoordig zie je steeds meer ideeën die kunnen leiden tot alternatieven voor olie en brandstoffen die daar uit gehaald kunnen worden. Op steeds meer manieren kan er biobrandstof gewonnen worden. Zelfs vandaag was er hiervan een artikel te vinden op nu.nl.

Dus zat ik te denken om een variatie te maken op de fotosynthese die je in de natuur vindt.
Het principe hiervan is simpel. Met water, koolstofdioxide en (zonne)energie kun je zuurstof en glucose vormen. Planten gebruiken dit, maar de netto winst aan zuurstof is te verwaarlozen (ze verbruiken het 's nachts weer. En de glucose gebruiken ze zelf. Algen in de zee zijn verantwoordelijk voor de constante zuurstofproductie van onze ecosysteem.

Maar is het niet mogelijk om het gedeelte in een organisme dat voor fotosynthese zorgt, te laten werken zonder het organisme eromheen, desnoods kunstmatig. En deze doormiddel van onze huidige genetische kennis een flinke performanceboost te geven, waardoor we op grote schaal een substatie kunnen produceren dat fotosynthese mogelijk maakt met een veel hoger rendement dan de natuurlijke variant.

Deze fotosynthese-farms zetten we op op verschillende lokaties op de evenaar om aan de grote hoeveelheden zonne energie te komen. Koolstofdioxide is vollop beschikbaar en water kunnen we door verschillende slimme oplossingen aanvoeren (kanalen, eilanden). De geproduceerde glucose kunnen we verder verwerken tot verschillende vormen van brandstof en de zuurstof zal zijn plek vinden in de industrie (hoogovens etc).

Hiermee zou het dus mogelijk zijn om op een biologische manier een brandstof te ontwikkelen. Maar dan zonder de gehele plant (zoals men nu bijvoorbeeld alleen de zaden gebruikt), waardoor we het bij de essentie houden.

Is dit uberhaubt mogelijk en wat zijn de eventuele valkuilen, want het lijkt mij een realistische optie voor biobrandstof.

[Dentheman]

Maar is het niet mogelijk om het gedeelte in een organisme dat voor fotosynthese zorgt, te laten werken zonder het organisme eromheen, desnoods kunstmatig.

De bladgroenkorrels dus? Die zijn nodig om fotosynthese uit te voeren.
Fotosynthese is niets anders dan zonneenergie omzetten in glucose, uiteindelijk is alle energie van de zon afkomstig, de beste manier om die enrgie te gebruiken moet nog worden uitgevonden/verbeterd (zonnecellen zijn goed maar nog veel te laag rendement, en die met een rendement van 20% zijn onbetaalbaar)

[vormstreber]

Dentheman schreef op zondag 25 juni 2006 @ 11:49:
[...]

De bladgroenkorrels dus? Die zijn nodig om fotosynthese uit te voeren.
Fotosynthese is niets anders dan zonneenergie omzetten in glucose, uiteindelijk is alle energie van de zon afkomstig, de beste manier om die enrgie te gebruiken moet nog worden uitgevonden/verbeterd (zonnecellen zijn goed maar nog veel te laag rendement, en die met een rendement van 20% zijn onbetaalbaar)

Bladgroenkorrels dat zijn ze.

Maar het voordeel hiervan tenopzichte van zonnecellen is dat het product glucose en zuurstof is ipv elektriciteit.

[Delerium]

Voor biobrandstof denk je sowieso te moeilijk, daarvoor kan je die plantjes zelf gebruiken.

Maar het idee is goed, want je zou op papier wel degelijk zoiets kunnen maken. Maar wat fotosynthese? Als ik mij niet vergis begint het al met een eiwit dat verdacht veel op hemoglobine lijkt, waarin ook een porferinestructuur een metaaldeeltje insluit. Maar dan ipv ijzer Mangaan. Deze wordt aangeslagen, maar verliest vervolgens z'n lading, waarna deze een hele sequentie afgaat. Ik ben de precieze details kwijt, maar volgens mij zaten daar nog en 10-tal eiwitten achter voordat de energie is gebruikt om ADP in ATP om te zetten. En daarna heeft men dat ATP nodig om glucose te bouwen.
De Natuur heeft inmiddels enkele miljarden jaren lopen optimaliseren zodat het bovenstaande proces al behoorlijk rendabel is..... ik vraag mij dus af of genetica betere varianten kan leveren.

Edoch, de mens is ook niet gek en speelt graag leentjebuur bij de natuur. Die basisporferine kan je ook van andere metalen voorzien, zoals Rhodium of Rhutenium. Ik meen dat met de laatste al een kunstmatige zonnecel gemaakt kan worden met een rendement van 25% of zo. En dan heb je de energie ook al opgevangen, dan is omzetten in brandstof nog maar een klein detail. Je kan het bv gebruiken voor warm water en deze over steenkool leiden, dan heb je CO en H2 enzo.

En toch, een synthesefarm opzetten.... als je dat met plantjes doet heb je water nodig en als je plantje sneller groeit, heb je alleen meer water nodig. Wateraanvoer is dan vaak de beperkende factor en goed water is verdacht zeldzaam.... vooral rond de evenaar. Dan zou ikzelf al een waterplant ontwikkelingen die in de zee kan groeien....

[Confusion]

vormstreber schreef op zondag 25 juni 2006 @ 11:43:
Maar is het niet mogelijk om het gedeelte in een organisme dat voor fotosynthese zorgt, te laten werken zonder het organisme eromheen, desnoods kunstmatig.

Dat kan, maar de meest efficiente methode om zonlicht in electriciteit om te zetten is momenteel middels zonnecellen, niet middels fotosynthese gevolgd door verbranding van de glucose en het omzetten van de vrijgekomen warmte in electriciteit in een stoomturbine.

Als je chlorophyl in grote hoeveelheden zou kunnen synthetiseren en vervolgens het geproduceerde glucose efficient in electriciteit (of een alternatief voor een fossiele brandstof) om zou kunnen zetten, dan zouden we dat doen. Dat blijkt helaas niet makkelijk.

Deze fotosynthese-farms zetten we op op verschillende lokaties op de evenaar om aan de grote hoeveelheden zonne energie te komen.

Het probleem daarmee is dat je electriciteit moet transporteren en dat transport over grote afstanden enorme verliezen oplevert en het bovendien grotere gevaren voor de continuiteit van de electriciteitsvoorziening oplevert.

[0rbit]

vormstreber schreef op zondag 25 juni 2006 @ 11:43:
Is dit uberhaubt mogelijk en wat zijn de eventuele valkuilen, want het lijkt mij een realistische optie voor biobrandstof.

Het feit dat de zon tussen de 125 en 375 W/m^2 maximaal kan opleveren? Dit zorgt ervoor dat je vrij veel oppervlak moet beslaan. Praktisch lijkt het me onmogelijk om in meer dan de helft van de benodigd energiebehoefte te voorzien, zelfs al lukt het je technisch om enorme oppervlakken met de door jouw voorziene techniek te bedekken. Ik denk dat alleen kernenergie op de lange duur een serieuze optie is; naast verregaande besparing in het energieverbruik natuurlijk.

Als iedereen nu eens zou beginnen met het minderen van de vleesconsumptie; dat zou al een hoop land vrijmaken voor energieopwekking. Het is toch eigenlijk te gek dat we toestaan dat oerwoud gekapt wordt om er soja voor onze varkens op te verbouwen. Vervolgens is de tropische grond na 10 jaar intensieve monocultuur uitgeput en moet er een nieuw stuk gekapt worden. En waar is die energie gaan zitten? In onze borsten, dijen, bipsen en vette penzen die we vervolgens weer met een flinke dosis gas moeten omzetten om van de dode mensen af te komen... Te gek toch?

[Salvatron]

Laatst heb ik ergens gelezen dat men aan het onderzoeken was of fotosynthese gebruikt kan worden voor het maken van waterstofgas of iets dergelijks. Er schijnt dus reeds onderzoek naar te worden gedaan.

[MaDLiVe]

bacterie schreef op zondag 25 juni 2006 @ 16:13:
Laatst heb ik ergens gelezen dat men aan het onderzoeken was of fotosynthese gebruikt kan worden voor het maken van waterstofgas of iets dergelijks. Er schijnt dus reeds onderzoek naar te worden gedaan.

Dit klopt inderdaad, kun je een mooie nobelprijs mee winnen als je dit process kunstmatig kan uitvoeren en splitsing hebt wat ook daadwerkelijk bij fotosynthese gebeurd.

(las het laatst in een biofysica magazine)

[anandus]

Zoiets?

[vormstreber]

bacterie schreef op zondag 25 juni 2006 @ 16:13:
Laatst heb ik ergens gelezen dat men aan het onderzoeken was of fotosynthese gebruikt kan worden voor het maken van waterstofgas of iets dergelijks. Er schijnt dus reeds onderzoek naar te worden gedaan.

Dit zou nog directer werken. Waterstof heeft inderdaad ook veel potentie.

Een quote uit de hierboven geplaatste artikel
He said that his team of researchers at Berkeley has thus far only been able to achieve 10 percent of the algae's theoretical production capacity, but in the near future he will publish an advancement for peer review.

Once the process reaches a 50 percent yield, Melis said it would be cost-competitive with fossil-fuel energy.

Deze pad lijkt me toch een stukje interessanter.

[Verwijderd]

vormstreber schreef op zondag 25 juni 2006 @ 11:53:
[...]


Bladgroenkorrels dat zijn ze.

Maar het voordeel hiervan tenopzichte van zonnecellen is dat het product glucose en zuurstof is ipv elektriciteit.

Het gebruik van bladgroenkorrels alleen lijkt me niet het meest efficiënte. Een van de belangrijke enzymen uit de bladgroenkorrels die verantwoordelijk zijn voor de productie van suikers (rubisco) is namelijk niet zo'n top-product. Het heeft namelijk een vrij hoge affiniteit voor zuurstof en als zuurstof wordt ingebonden dan moeten bepaalde koolwaterstoffen geregenereerd worden. Dit gebeurt in andere organellen (peroxisomen). Bovendien is het erg gunstig als er een cel aanwezig is die voor de bladgroenkorrels "zorgt". Dat verhoogt de levensduur aanzienlijk.

Er zijn overigens ook planten die het zuurstofprobleem van rubisco omzeilen door te zorgen voor een lokaal zeer hoge CO2 concentratie. Maar dit vereist wel een bepaalde ruimtelijke ordening van verschillende celtypes (C4 planten) of een nogal traag systeem waarbij overdag organische zuren gemaakt worden en 's nacht suikers. Beiden kosten meer energie dan de 'standaard' methode (van C3 planten).
De efficiëntie van C3 planten is op te voeren door ze veel meer CO2 te geven of de zuurstof zeer agressief weg te vangen. Beide kosten energie.

[Osiris]

Confusion schreef op zondag 25 juni 2006 @ 14:05:
[...]

Dat kan, maar de meest efficiente methode om zonlicht in electriciteit om te zetten is momenteel middels zonnecellen, niet middels fotosynthese gevolgd door verbranding van de glucose en het omzetten van de vrijgekomen warmte in electriciteit in een stoomturbine.

Niemand heeft 't volgens mij over stoomturbines etc gehad 't Lijkt me niet meer dan logisch dat glucose ook op een of andere manier in een brandstofcel omgezet wordt op de plek waar de energie nodig is.

Maarja, waarom zou je moeilijk doen als de natuur zo'n glucose-fabriek allang uitgevonden heeft: de suikerbiet
Eventueel wat (ongezonde) genetische modificatie, waardoor 't wellicht niet meer voor mensen eetbaar is (voornamelijk uiteraard vanwege ongegronde angsten, maar ala), maar dat de efficientie wel enorm omhoog gaat.

Mr_Atheist schreef op zondag 25 juni 2006 @ 14:47:
[...]

offtopic:
Als iedereen nu eens zou beginnen met het minderen van de vleesconsumptie; dat zou al een hoop land vrijmaken voor energieopwekking. Het is toch eigenlijk te gek dat we toestaan dat oerwoud gekapt wordt om er soja voor onze varkens op te verbouwen. Vervolgens is de tropische grond na 10 jaar intensieve monocultuur uitgeput en moet er een nieuw stuk gekapt worden. En waar is die energie gaan zitten? In onze borsten, dijen, bipsen en vette penzen die we vervolgens weer met een flinke dosis gas moeten omzetten om van de dode mensen af te komen... Te gek toch?

offtopic:
Tja, of we nou direct of indirect soja eten, er moet sowieso gegeten worden, dussuh... Enige verschil is dat 't minder efficient wordt door de tussenstap 'varken', maar 't is wel erg kortzichtig om te zeggen dat zoiets alleen maar gekapt wordt voor de varkens... Uiteindelijk zullen we toch echt íets moeten eten

[anandus]

Osiris schreef op maandag 26 juni 2006 @ 03:12:
[...]

Niemand heeft 't volgens mij over stoomturbines etc gehad 't Lijkt me niet meer dan logisch dat glucose ook op een of andere manier in een brandstofcel omgezet wordt op de plek waar de energie nodig is.

Maarja, waarom zou je moeilijk doen als de natuur zo'n glucose-fabriek allang uitgevonden heeft: de suikerbiet
Eventueel wat (ongezonde) genetische modificatie, waardoor 't wellicht niet meer voor mensen eetbaar is (voornamelijk uiteraard vanwege ongegronde angsten, maar ala), maar dat de efficientie wel enorm omhoog gaat.

Helaas is de BMW V8 Suikerbiet GTI nog niet uitgevonden
Je hebt zeker een punt met je suikerbieten, maar dan moet je ook nog een systeem bedenken die, zoals de mens, de opgeslagen energie relatief efficiënt gebruikt en suikerbieten in conventionele energie-opwekkers zie ik niet zo snel gebeuren.
/me ziet beeld van suikerbieten in een lokomotief

Energie-opwekking is eigenlijk energie-transport en er moet wel een correcte 'ontvanger' zijn

[ Voor 13% gewijzigd door anandus op 26-06-2006 03:25 . Reden: Zinsbouw slaat nergens op, tijd voor slaap ;) ]

[Osiris]

Klopt, ik was echter onder de veronderstelling dat er wel een glucose-brandstofcel zou bestaan die redelijk efficient glucose kon omzetten in elektriciteit.

Een bezoekje aan Wikipedia echter liet zien dat die er echter nog niet was, althans, niet 'goed' genoeg om daar te noemen, hoewel Wikipedia uiteraard verre van feilloos is.

[benoni]

Osiris schreef op maandag 26 juni 2006 @ 03:12:

offtopic:
Tja, of we nou direct of indirect soja eten, er moet sowieso gegeten worden, dussuh... Enige verschil is dat 't minder efficient wordt door de tussenstap 'varken', maar 't is wel erg kortzichtig om te zeggen dat zoiets alleen maar gekapt wordt voor de varkens... Uiteindelijk zullen we toch echt íets moeten eten

offtopic:
Ter info: dat 'enige verschil' is 1000% (alleen de proteïnenproductie per hectare grond vergeleken) tot 120000% (volgens iemand die echt alles meetelt, zoals energie voor transport). Links: globalhunger.net NWO Greenpeace +pdf, abcnews, Jai

[Confusion]

Osiris schreef op maandag 26 juni 2006 @ 03:12:
Niemand heeft 't volgens mij over stoomturbines etc gehad 't Lijkt me niet meer dan logisch dat glucose ook op een of andere manier in een brandstofcel omgezet wordt op de plek waar de energie nodig is.

Daarom zei ik dus:

en vervolgens het geproduceerde glucose efficient in electriciteit (of een alternatief voor een fossiele brandstof) om zou kunnen zetten, dan zouden we dat doen.

[ot]Enige verschil is dat 't minder efficient wordt door de tussenstap 'varken',

En dat is ook het enige verschil waar het om gaat. 'Minder efficient' is hier nogal een eufemisme voor 'ongelovelijk inefficient'. Om het er nog maar niet over te hebben dat je de energie cyclus nog efficienter kan maken, doordat je andere dingen dan soja kan eten.

[ShadowLord]

Ook planten hebben een lage efficienccy als het gaat om omzetten van zonlicht in andere vormen van energie. Het gebruik van fotosynthese als energiebron is dus niet echt geweldig. Koppel dat aan het eerder genoemde feit dat je uberhaupt maar 125 en 375 W/m^2 uit zonlicht kan halen en je ziet al dat het gebruik van zonne energie op een directe manier nooit gaat werken.

Nu wil dat niet zeggen dat kernenergie het enige alternatief is (je kan bijvoorbeeld ook energie dichter bij de zon gaan winnen), maar tot op heden de enige praktische en duurzame oplossing.

[MaDLiVe]

ShadowLord schreef op maandag 26 juni 2006 @ 13:35:
Ook planten hebben een lage efficienccy als het gaat om omzetten van zonlicht in andere vormen van energie. Het gebruik van fotosynthese als energiebron is dus niet echt geweldig. Koppel dat aan het eerder genoemde feit dat je uberhaupt maar 125 en 375 W/m^2 uit zonlicht kan halen en je ziet al dat het gebruik van zonne energie op een directe manier nooit gaat werken.

Nu wil dat niet zeggen dat kernenergie het enige alternatief is (je kan bijvoorbeeld ook energie dichter bij de zon gaan winnen), maar tot op heden de enige praktische en duurzame oplossing.

De efficientie van fotosynthese binnen een plant is niet heel geweldig nee (70% max, in de praktijk maximaal een aantal procenten) maar, het systeem is wel erg mooi. Zodra het systeem als geheel ontrafeld is zouden er geavanceerdere systemen kunnen worden gemaakt waarbij de dichtheid van fotosystemen wordt verhoogd of andere enhancements die je zou kunnen doorvoeren. Nou zit een een maximum aan efficientie (en opppervlak) maar het is zeker de moeite waard om naar te kijken.
Er zijn meer systemen dan alleen planten die licht absorberen en deze in bewerkbare energie kunnen omzetten. (cyanobacterien etc.)

[ Voor 6% gewijzigd door MaDLiVe op 30-06-2006 14:19 ]