Överraskande rön om grönalgers vätgasproduktion

Nya forskningsrön från Uppsala universitet ger hopp om att effektiv vätgasproduktion från grönalger är möjlig i framtiden, trots den skepsis som rått utifrån tidigare forskning. Studien, som idag publiceras i den ansedda tidskriften PNAS förändrar synen på grönalgers förmåga – och det är positiva nyheter.

Världen måste hitta ett sätt att framställa bränsle från förnyelsebara energikällor för att ersätta de fossila bränslena. Vätgas anses idag vara ett av de mest lovande bränslena för framtiden och om vätgas kan produceras direkt från solenergi får man en förnybar och miljövänlig energikälla.

Ett sätt att framställa vätgas från solenergi på biologisk väg är i fotosyntetiska mikroorganismer. I fotosyntesen spjälkas vatten till vätejoner (H+) och elektroner (e-). Dessa kan sedan kombineras ihop och bilda vätgas, H2, med hjälp av speciella enzymer, s.k. hydrogenaser. Detta sker i cyanobakterier och grönalger, som har förmågan att använda solenergin genom fotosyntesen och producera vätgas genom sin egen metabolism.

Att grönalger kan producera vätgas under vissa betingelser har varit känt och studerat i cirka 15 år, men ett problem har varit den låga effektiviteten, det vill säga hur mycket av den solenergi grönalgerna absorberar som kommer ut i form av vätgas. Ett enzym som har förmåga att använda solenergi och spjälka vatten till elektroner, vätejoner och syrgas är Fotosystem II. Flera forskningsstudier har visat att en del av elektronerna från enzymet används till att producera vätgas under speciella omständigheter. Men vissa har menat att den mesta vätgasen får sin energi via omvägar i grönalgernas metabolism. Därmed skulle det inte röra sig om direktproduktion av vätgas från solenergi i egentlig mening, och grönalgerna skulle inte vara mer effektiva som energigröda än växter.

En grupp forskare vid Uppsala universitet, ledd av docent Fikret Mamedov och professor Stenbjörn Styring, har nu gjort en upptäckt som förändrar synen på vätgasproduktion från grönalger. Forskarna undersökte i detalj hur Fotosystem II fungerar i två olika stammar av grönalgen Chlamydomonas reinhardtii. Genom att mäta exakt hur mängden och aktivitetsgraden hos Fotosystem II varierar under olika betingelser, och därmed påverkar vätgasproduktionen, fann man att en avsevärd mängd av den energi som tas upp av Fotosystem II går direkt till vätgasproduktion.

-   Så mycket som 80 procent av elektronerna som de vätgasproducerande hydrogenaserna behöver kommer från Fotosystem II, det är mycket mer än man tidigare trott. En övervägande del av vätgasproduktionen drivs alltså direkt av solenergin. Upptäckten ger gott hopp om att man i framtiden ska kunna styra grönalgerna så att effektiviteten blir betydligt högre än den är idag, säger professor Stenbjörn Styring.

Studien har finansierats av bland andra Energimyndigheten, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och Vetenskapsrådet.

Referens: Alena Volgusheva, Stenbjörn Styring and Fikret Mamedov. Increased Photosystem II stability promotes the H2 production in Sulfur-deprived Chlamydomonas reinhardtii. Proceedings of the National Academy of Sciences Early Online Edition the week of April 15-19.

För närmare upplysningar kontakta
Stenbjörn Styring, 018-471 6580, eller via e-post stenbjorn.styring@kemi.uu.se
Fikret Mamedov, 018-471 6581, e-post fikret.mamedov@kemi.uu.se