Konstgjord fotosyntes kan vara vägen till nya fossilfria bränslen

Kan man använda naturens egna processer för att skapa nya koldioxidneutrala bränslen? Ja, menar forskare på Uppsala universitet och det är också fokus för flera forskningsprojekt som just nu pågår på lärosätet.

För att skapa de så kallade solbränslena används artificiell fotosyntes, där man använder molekyler och material som härmar principerna i de gröna växternas fotosyntes.

– Fotosyntesen fångar upp solljuset och använder dess energi för att driva kemiska reaktioner som bygger upp energirika ämnen som kolhydrater, säger Leif Hammarström som är professor i kemisk fysik vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet, där han leder ett projekt inom just artificiell fotosyntes.

Sol + vatten + koldioxid

I dag framställs den övervägande delen av bränslen som etanol och vätgas på fossil väg med petroleum som råvara. Med hjälp av artificiell fotosyntes fångar man in solens ljus via en teknik som liknar den som används i solceller, tillsätter vatten och koldioxid och ut kommer ett bränsle i form av en gas eller en vätska, till exempel vätgas eller en alkohol.

– Bränslena man får ut är alltså välbekanta, men själva produktionen av dem sker med förnybara metoder. Så den stora miljövinsten är att det är fossilfritt, säger Leif Hammarström.

Att framställa bränsle genom konstgjord fotosyntes är effektivare än att använda naturlig fotosyntes. Detta eftersom det skulle kräva väldigt stora odlingsytor för att uppnå samma sak den naturliga vägen, ytor som främst behövs till exempelvis matproduktion och att upprätthålla de naturliga ekosystemen.

Effektivisering och uppskalning

Fokus för forskningen kring artificiell fotosyntes just nu är därför att hitta effektivare tillverkningsprocesser av dessa bränslen, och se hur den kan göras storskalig.

– Det mesta vår forskning kretsar kring är grundvetenskapligt arbete där vi försöker förstå principer, och ta fram nya katalysatorer och mekanismer. Det handlar om att påskynda den kemiska reaktionen så att processerna blir mer energieffektiva, helt enkelt att förstå hur det fungerar och att göra processerna bättre. Vi jobbar på att det som inte ens är en teknik i dag, ska lägga en grund för bättre metoder i framtiden, säger Leif Hammarström.

Omprogrammerade cyanobakterier

Andra jobbar mer inriktat med specifika tillämpningar av fotosyntes för solbränsle. En som gör det är Pia Lindberg, universitetslektor vid institutionen för kemi vid Ångströmlaboratoriet.

Hon deltar i ett projekt där man styr om cyanobakterier till att använda fotosyntesen för att tillverka bränsle. Normalt sett använder cyanobakterien fotosyntesen för att växa, men genom genteknik där man pluggat in nya funktioner i cellerna har man fått dem att i stället tillverka bränslen, till exempel butanol.

– Tanken är att vi ska kunna tillverka förnybara kemikalier och bränsle av koldioxid från atmosfären med hjälp av mikroorganismer. I dag går det till exempel att tillverka biobränslen av biomassa som jordbruks- och skogsavfall.  Vår tanke är att använda fotosyntesen på ett direkt sätt i genmodifierade mikroorganismer där vi alltså kan styra om vad mirkoorganismen gör och tillverkar, säger Pia Lindberg.

Använder organismens egen process

I dag sker den processen laboratorium inomhus där bakterierna odlas i genomskinliga bioreaktorer under lampbelysning. Men på sikt är tanken att kunna skala upp och sköta odlingen utomhus med hjälp av faktiskt solljus.

– I dag framställs den största mängden butanol av petroleum. Den lilla biobutanol som produceras är inte fotosyntetisk. Fördelen med vår metod är att man använder koldioxid från atmosfären, vilket innebär att man inte behöver använda socker utan helt utnyttjar organismens egen process.

Pia Lindberg bedömer att det borde kunna finnas en fungerande produkt som kan blandas med fossila bränslen, inom tio år.

– Först måste man få upp effektiviteten i tillverkningsprocessen, och det beror också på hur mycket det får kosta och hur marknaden för det ser ut.

Metoden har fler potentiella användningsområden. Förutom bränsle skulle produkter från fotosyntetiska cyanobakterier också kunna användas som råmaterial för framställning av kemikalier och plast. Men även av industrier som vill minska sina utsläpp.

– Ja, om man kopplar vår process till ett utsläpp av koldioxid så kan man fånga in den och återanvända den.

Anna Hedlund