Newsy

Naukowcy z UW tworzą sztuczną fotosyntezę. Chcą wykorzystać energię słoneczną do produkcji „paliwa przyszłości”

2017-11-21  |  06:00
Mówi:prof. Joanna Kargul
Funkcja:kierownik Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych
Firma:Centrum Nowych Technologii UW
  • MP4
  • Naukowcy z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego prowadzą badania nad sztuczną fotosyntezą. Chcą dowiedzieć się, jak gospodarują energią organizmy poddawane działaniu ekstremalnych bodźców środowiskowych. W tym celu badają aparat fotosyntetyczny czerwonej mikroalgi, która potrafi przetrwać w warunkach podobnych do tych panujących na Ziemi kilka miliardów lat temu. Ich prace mogą pozwolić na sterowanie procesem fotosyntezy, co może przyczynić się np. do spopularyzowania paliwa wodorowego.

    Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych w Centrum Nowych Technologii UW od dwóch lat pracuje nad sztuczną fotosyntezą. Naukowcy badają aparat fotosyntetyczny czerwonej mikroalgi – jednokomórkowego krasnorostu o nazwie Cyanidioschyzon merolae, który świetnie prosperuje nawet w wyjątkowo niekorzystnych warunkach – podobnych do tych, które panowały na Ziemi kilkaset milionów lat temu. Wówczas atmosfera nie zawierała w ogóle wolnego tlenu.

    – Glon ten został wyizolowany z ekstremofilnych warunków, takich jak wysokozasiarczone kwaśne źródła wulkaniczne o wysokiej temperaturze. Żyje w bardzo niskim pH oraz w podwyższonej temperaturze. Podobne warunki panowały na początku życia na naszej planecie, dlatego bardzo nas interesuje, w jaki sposób ten glon sobie radzi pod względem metabolizmu i procesu fotosyntezy w warunkach tak nieprzyjaznych dla człowieka – mówi agencji informacyjnej Newseria Innowacje prof. Joanna Kargul, kierownik Laboratorium Fotosyntezy i Paliw Słonecznych z Centrum Nowych Technologii UW.

    Sztuczna fotosynteza polega na imitowaniu wczesnych procesów naturalnej fotosyntezy przy użyciu najprostszych substratów, takich jak woda i dwutlenek węgla. Cały proces jest napędzany energią słoneczną, podobnie jak w naturalnej fotosyntezie. W procesie naturalnej fotosyntezy pod wpływem absorbcji światła słonecznego następuje rozszczepienie cząsteczek wody do biologicznego "wodoru", czyli protonów i elektronów. Innymi produktami tej reakcji jest tlen cząsteczkowy, który zapewnia atmosferę tlenową na naszej planecie, a także węglowodany (glukoza).

    – Bez fotosyntezy nie byłoby życia na naszej planecie. Mówi się, że fotosynteza tlenowa, oksygeniczna - to Big Bang ewolucji, ponieważ po powstaniu atmosfery na naszej planecie, tempo ewolucji nabrało ogromnej prędkości. Rozwinęło się życie tlenowe, wielokomórkowe i biosfera, taka jaką ją w tej chwili znamy. To wszystko mogło zajść dzięki procesowi oksygenicznej fotosyntezy, którą zajmuje się moje laboratorium – tłumaczy prof. Joanna Kargul.

    Naukowcy z CeNT Uniwersytetu Warszawskiego prowadzą badania na jednokomórkowych mikroalgach, ponieważ te - w odróżnieniu od roślin wyższych - są hodowane w kontrolowanych warunkach: w stałej temperaturze, wilgotności i przy stałym natężeniu światła. Dzięki temu naukowcy mogą ściśle kontrolować warunki eksperymentalne.

    – Dodatkowym atutem pracy nad jednokomórkowymi glonami jest to, że możemy hodować bardzo duże objętości tych alg. W moim laboratorium mamy hodowlę do 20 litrów takich mikroorganizmów. W industrialnych aplikacjach algi hodowane są nawet w objętościach stulitrowych, zdarzają się również farmy alg w których objętości są naprawdę kolosalne. W naszym laboratorium hodujemy je w postaci dwudziestolitrowych zawiesin komórkowych – mówi prof. Joanna Kargul.

    Celem badań naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego jest poznanie mechanizmów fotoprotekcji i gospodarki energią u organizmów, które są poddawane działaniu ekstremalnych bodźców środowiskowych. Może to stworzyć nowe możliwości sterowania fotosyntezą i znaleźć zastosowanie np. w rolnictwie.

    Poznanie mechanizmów działania fotosyntezy ma pozwolić na konstrukcję fotoogniw paliwowych zbudowanych z biologicznych katalizatorów do utleniania wody i wytwarzania tzw. paliw słonecznych (wodoru i odnawialnych paliw węglowych) pod wpływem absorpcji światła widzialnego. Te międzynarodowe, wysoko interdyscyplinarne badania, prowadzone są od 2011 r. - najpierw w ramach konsorcjum, które zrzeszało osiem najlepszych w Europie laboratoriów naturalnej i sztucznej fotosyntezy, a obecnie w formie bilateralnego projektu polsko-tureckiego GraphESol.

    – Atrakcyjność naszego podejścia badawczego polega na połączeniu naturalnej fotosyntezy z nowoczesnymi materiałami o bardzo atrakcyjnych właściwościach. Mówię tu o grafenie, który z całą pewnością jest materiałem przyszłości, mówi się, że nadchodzi era grafenowa. Obecnie żyjemy w erze krzemowej, natomiast era grafenowa jest tuż za rogiem – mówi prof. Joanna Kargul.

    Projekt dotyczący "charakterystyki struktury i funkcji aparatu fotosyntetycznego z ekstremofilnej czerwonej mikroalgi Cyanidioschyzon merolae" uzyskał z Narodowego Centrum Nauki finansowanie w wysokości niemal 1,7 mln zł w ramach konkursu Opus.

    Czytaj także

    Kalendarium

    Targi IFA 2019

    Robotyka i SI

    Przyszłość kardiochirurgii to roboty wykonujące operacje. Medycyna czeka też na urządzenia ograniczające komplikacje w trakcie i po zabiegach

    W ciągu ostatnich lat tylko kilka innowacyjnych urządzeń kardiochirurgicznych trafiło na sale operacyjne. Większość z nich pojawia się na rynku po kilku lub nawet kilkunastu latach ze względu na długi proces certyfikacji, obejmujący m.in. szereg badań klinicznych. Przyszłością kardiochirurgii są zdalne operacje wykonywane przez roboty, jednak do tej pory ich obsługą zajmuje się jedynie kilkunastu lekarzy na całym świecie.

    Zdrowie

    Coraz większe wsparcie dla innowacji medycznych w Polsce. Ich rozwój przyspieszy także dzięki zaangażowaniu prywatnych firm

    Na rozwój medycyny w najbliższych latach największy wpływ będą mieć technologie m.in. z obszaru immunoterapii i leczenia biologicznego, a także nowoczesny sprzęt medyczny – podkreśla minister zdrowia Łukasz Szumowski. Wiele z tych innowacji będzie opartych na danych i ich analizie. Praca nad usprawnianiem i unowocześnianiem systemu ochrony zdrowia wymaga jednak ścisłej współpracy państwowych instytucji, przemysłu i środowiska naukowego.