21. februar 2014

Vil aflure fotosyntesens hemmeligheder

Grøn og bæredygtig kemi

Naturen er bedre end os til at udnytte solens stråler, og vi ved ikke præcis, hvordan den gør. Det vil Kemisk Instituts lektor Thorsten Hansen gerne finde ud af, da det kan skabe nye muligheder inden for solenergi. Han har netop modtaget et Lundbeckfond Fellowship på 10 mio DKK til sin forskning

Vil åbne maskinrummet i planters fotosynteseproteiner

I planters fotosyntese sker der en række processer, der vil hjælpe os med at lave solceller, der er langt bedre, end dem vi har i dag. Problemet er, at vi ikke ved præcis, hvordan disse processer foregår. Thorsten Hansen er teoretisk forsker i grænselandet mellem kemi og fysik, og han vil kortlægge, hvordan elektroner opfører sig i planters proteiner. Det kan hjælpe os til at efterligne Naturens fantastiske evne til at udnytte solens stråler.

"Naturen kan nogle vilde ting, og selvom vi skriver 2013, så kan vi ikke efterligne de her processer, der foregår, når planterne omsætter solens energi!

Thorsten Hansen

Lektor

Kemisk Institut

Københavns Universitet

-Naturen kan nogle vilde ting, og selvom vi skriver 2013, så kan vi ikke efterligne de her processer, der foregår, når planterne omsætter solens energi. For at finde ud af, hvordan planterne gør, skal vi kigge dybt ind i fotosyntesens proteiner, ind der hvor metalatomerne sidder for ’det er her det sner’, fortæller den nybagte Lundbeckfond Fellow Thorsten Hansen.

Skal lære fra Naturen

Hvis man zoomer ned på molekylært niveau, er det megaproteinerne fotosystem I og II, der gør grønne planter grønne. Her vil Thorsten Hansen dykke endnu længere ned i den del af fotosystem II, der hedder det iltudviklende kompleks. Med hjælp fra solens lys, er det her planter danner den ilt, der er i vores atmosfære. Hvis man kan finde ud af, hvordan de gør det, så kan det skabe store muligheder for menneskets udnyttelse af solenergi i fremtiden.

-Den effekt, som Jordens grønne planter absorberer fra solens stråler, svarer til cirka 90 terawatt. Menneskeheden bruger konstant omkring 14 terawatt. Derfor vil vi meget gerne aflure den proces, der sker i planterne, når de omsætter solens energi. Altså hvorfor er de så gode til det, og hvordan kan vi også gøre det,” forklarer Thorsten Hansen.

Mangler manuskriptet

Med sin baggrund i både kemi og fysik håber Thorsten Hansen at kunne levere teorien til eksperimenter, der kan fortælle os, hvad det er, planternes fotosyntese gør så godt. I praksis skal han ud fra kvantemekaniske ligninger lave små tegnefilm af, hvad det er elektronerne foretager sig i det iltudviklende kompleks. Lige nu har man et billede, af hvordan strukturen ser ud i komplekset, men man mangler simpelthen filmen, der beskriver forløbet.

-Man kan ikke gå fra foto til film, så jeg er nødt til at opstille ligninger for, hvordan filmen kan afspilles og opbygges. Man kan sige, at der er en scene, vi kender skuespillerne og de karaktertyper, der er, men vi har ikke manuskriptet til filmen. Det er det, jeg skal forsøge at lave, så filmen kan afspilles,” forklarer Thorsten Hansen.

Næste skridt er sammenfald mellem teori og eksperiment

De filmiske modeller, som Thorsten Hansen opstiller i sin forskning, skal herefter efterprøves i praksis i avancerede lasereksperimenter. 

-Hvis de teoretiske data, jeg har simuleret på film, på et tidspunkt passer sammen med de resultater, man får fra lasereksperimenterne, så er vi nok ved at være tæt på at finde ud af, hvad det er, der foregår i planteproteinerne, siger Thorsten Hansen.

Nøglen til fremtidens solceller

Med de bedste solceller vi har i dag, skal Danmark have ligeså mange solceller, som der er asfalt for at dække vores energiforbrug. Derfor tilhører fremtiden billigere og bedre solceller. Et eksempel kunne være plastiksolceller, som der forskes intenst i - også i Danmark.

-De processer der foregår i plasticsolceller, kan naturen lave meget mere effektivt i fotosyntesen. Derfor skal vi forstå planternes opførsel bedre, hvis vi gerne vil satse på solceller i fremtiden. Det er blandt andet det, jeg gerne vil bidrage til, fortæller Thorsten Hansen.