Ett långsiktigt mål är att kunna utnyttja solenergi direkt för att spälka vatten till syrgas och vätgas – framtidens bränsle. Inom Artificiell fotosyntes designas stora, konstgjorda molekyler för att utföra de komplicerade reaktionerna. Inom fotobiologisk vätgas-produktion ska istället fotosyntetiska cyanobakterier med hjälp av genetisk design förmås att producera vätgas.

Naturens enda enzym som spjälkar vatten direkt till syrgas, och därmed utvinner fyra elektroner, är Fotosystem II, som har ett komplex av bl.a. fyra manganjoner i sitt aktiva säte. I mikroorganismer finns andra enzym - hydrogenaser - som kan göra vätgas av protoner och elektroner med hjälp av ett aktivt järnkomplex. Vi härmar de centrala delarna av dessa enzym med s.k. biomimetisk kemi, för att kunna göra konstgjorda katalysatorer som utför samma reaktioner. Dessa länkas kemiskt till ljusabsorberande komplex av metallen rutenium. På så sätt kan vi dra elektroner från mangankomplex med hjälp av ljus och nå höga, aktiva oxidationstillstånd. Vårt mål de närmaste åren är att göra världens första konstgjorda mangankomplex som katalytiskt spjälkar vatten till syrgas med hjälp av ljusenergi. I systemets andra ände ska elektronerna från vatten användas till att göra vätgas. Där har vi redan lyckats göra ett naturhärmande järnkomplex som katalyserar vätgasproduktion. I de olika grupperna i detta samarbetsprojekt gör vi kemisk syntes, fotokemi, EPR-spektroskopi, ultra-snabb laserspektroskopi, elektrokemi, m.m. Denna grundvetenskapliga forskning är starkt kopplad till studier av de naturliga enzymen.

I många cyanobakterier (blågröna alger) finns potentialen att kombinera fotosyntes med förmågan att bilda vätgas. Vätgasen kan bildas med hjälp av den energi fotosyntesen byggt upp. Vätgasen kan produceras av olika enzym – hydrogenaser och nitrogenaser – men någon vätgas kommer i normala fall aldrig ut. I projektet söker vi en grundläggande genetisk förståelse för uttrycket och regleringen av de olika enzym som är inblandade, och för de metaboliska reaktionsvägarna i organismen. Vi försöker också att förändra organsimerna genetiskt så att de bildar och släpper ifrån sig vätgas mer effektivt. Vi har haft en mindre bioreaktor med genförändrade cyanobakterier på ett hustak som kontinuerligt producerade vätgas i liten skala under tre månader.

Läs mer »

Kontaktpersoner:
Leif Hammarström
Peter Lindblad
Stenbjörn Styring
Ann Magnuson


Institutioner/motsvarande:
Institutionen för fotokemi och molekylärvetenskap
Institutionen för evolution, genomik och systematik


Nyckelord:
Artificiell fotosyntes, vätgas, fotobiologisk vätgas, vattenoxidation, ruteniumkomplex, mangan, fotokemi, genetik, cyanobakterier


Följande grundutbildningsprogram vid Uppsala universitet ger grund till detta forskningsprogram:
» Civilingenjörsprogrammet i kemiteknik
» Civilingenjörsprogrammet i miljö- och vatten
» Civilingenjörsprogrammet i molekylär bioteknik
» Naturvetar/Masterprogrammet i biologi
» Naturvetar/Masterprogrammet i fysik
» Naturvetar/Masterprogrammet i kemi