Israëliërs maken alternatieve schone energie uit… spinazie

Promovendi Dan Kallmann (links) en Gadiel Saper met spinazie-extract in het Technion Hydrogen Lab. Foto: Courtesy

De foto-elektrochemische cel gebruikt zonlicht om elektriciteit en waterstof te maken uit een extract van spinazieblaadjes

We wisten altijd al dat spinazie een geweldige bron van energie was voor ons lichaam. Nu lijkt het erop dat de voedzame bladgroente ook energie kan leveren voor andere doeleinden.

Onderzoekers van het Technion-Israel Institute of Technology in Haifa bedachten een bio-foto-elektrochemische (BPEC) cel, die elektriciteit en waterstof uit water produceert met behulp van zonlicht, gebruikmakend van een eenvoudig membraan dat uit spinazieblaadjes werd geëxtraheerd.

De unieke combinatie van een kunstmatige BPEC-cel en plantmembranen die van nature zonlicht opnemen en het uiterst efficiënt omzetten in een elektronenstroom voor chemische energie die op te slaan is, baant de weg voor nieuwe schone technologieën uit hernieuwbare bronnen.

Deze prestatie kwam tot stand door multidisciplinaire samenwerking.

“De studie is uniek in die zin, dat het is uitgevoerd door toonaangevende experts uit drie verschillende faculteiten: biologie, chemie en materiaaltechnologie,” aldus Prof. Avner Rothschild van de afdeling materiaalwetenschappen en techniek.

Het onderzoek werd uitgevoerd door de Technion doctorandi Roy I. Pinhassi, Danny Kallmann en Gadiel Saper onder begeleiding van Rothschild, prof. Noam Adir van de afdeling chemie en prof. dr. Gadi Schuster van de afdeling biologie.

“De combinatie van natuurlijk (blaadjes) en kunstmatig (fotovoltaïsche cellen en elektronische componenten) en de noodzaak om te zorgen dat deze componenten met elkaar communiceren, zijn complexe technische uitdagingen, die ons dwongen onze krachten te bundelen,” zei Rothschild.

De bevindingen werden gepubliceerd in het online tijdschrift Nature Communications.

Schone brandstof

Een schematische voorstelling van de bio-foto-elektrochemische cel. Illustratie: Technion

Om fotosynthese te gebruiken voor het produceren van elektrische stroom, voegden de onderzoekers een op ijzer gebaseerde samenstelling toe aan de oplossing. Deze samenstelling vergemakkelijkt de overdracht van elektronen van de spinaziebladmembranen naar de elektrische stroombaan, die de vorming van een elektrische stroom in de cel mogelijk maakt.

De elektrische stroom kan ook worden gekanaliseerd om waterstofgas te vormen door de toevoeging van elektrische energie van een kleine fotovoltaïsche cel, die het overtollige licht absorbeert. Dit maakt de omzetting mogelijk van zonne-energie in chemische energie die wordt opgeslagen als waterstofgas, gevormd in de BPEC-cel.

Deze energie wordt op zijn beurt, door verbranding van de waterstof, omgezet in warmte en elektriciteit, op dezelfde manier als koolwaterstofbrandstoffen worden gebruikt.

Echter in tegenstelling tot de verbranding van koolwaterbrandstoffen – die het broeikasgas kooldioxide in de atmosfeer afgeven en het milieu vervuilen – is het product van waterstofverbranding schoon water.

Daarom is de door Israëli’s uitgevonden cel een gesloten cyclus, die begint met water en eindigt met water, die de omzetting en opslag van zonne-energie in waterstof mogelijk maakt. De onderzoekers geloven dat het een schone en duurzame alternatieve brandstof zou kunnen zijn.

“Deze resultaten tonen de veelbelovende combinatie van natuurlijke fotosynthetische membranen en kunstmatige fotovoltaïsche cellen om zonne-energie om te zetten in waterstof als brandstof,” schreven de onderzoekers in hun rapport.