17 feb. 1999
2 minuten
Biobatterijen, waarin gewone biologische processen worden gebruikt om elektriciteit op te wkken, staan in het middelpunt van de belangstelling van de wetenschap. De meeste biobatterijen kunnen niet veel vermogen opwekken, maar onderzoekers zijn er onlangs in geslaagd om een prototype te maken van een batterij die mogelijk lichter en krachtiger is dan de typen waarmee de huidige draagbare elektronische toestellen zijn uitgerust.
In het menselijk lichaam wordt suiker omgezet in energie via een proces dat metabolisme heet. Daarbij valt suiker uiteen in kooldioxide en water en komen elektronen vrij. De biobatterijen produceren energie volgens hetzelfde conversieproces en daarbij worden de elektronen opgevangen. Omdat biobatterijen met biologische materialen werken zijn ze duurzaam en niet giftig, waardoor ze een aantrekkelijk alternatief vormen voor traditionele batterijen met metalen en cheicaliën.
Percival Zhang en Zhiguang Zhu, onderzoekers bij Virginia Tech in Blacksburg, ontwierpen een nieuwe batterij met een grotere output per gewicht dan de gangbare lithium-ion batterijen die momenteel worden gebruikt. Ze beschreven hun onderzoek in het tijdschrift Nature Communications.
De nieuwe biobatterij zet suiker volledig om in energie, met meer power-output dan eerdere biobatterijen en een grotere lading dan lithium-ion batterijen. "Met de lithium-ion batterij doet je telefoon het bijvoorbeeld een dag maar als in de toekomst suiker als brandstof wordt gebruik, zou dat tien dagen kunnen zijn", aldus Zhu. De nieuwe batterij haalt zijn rendement door gebruik van een nieuw systeem met enzymen, eiwitten die helpen bij het plaatsvinden van de reactie. Het systeem benut twee actieve enzymen die twee paar elektronen vrijmaken van de suiker, terwijl tien andere enzymen helpen bij het resetten van de reactie in de batterij. Als de reactie is gereset laten de enziemen weer vier elektronen los. Na zes cycli onttret de biobatterij alle energie uit de suikermolecule, samen met kooldioxide en water. Dankzij dit nieuwe enzymsysteem heeft de biobatterij voor de omzettin van suiker zelfs minder enzymen nodig dan het menselijk lichaam.
"Wij zien nu nog twee uitdagingen", zegt Zhu. In de huidige, nog niet geoptimaliseerde vorm is het uitgangsvermogen nog te laag voor veel toepassingen en de levensduur van de cel is nog te kort, omdat hij niet kan worden herladen. Maar Zhu en Zhang noemen dit "slechts engineering-uitdagingen" en ze verwachten deze problemen op te lossen binnen een door Zhang opgericht startup-bedrijf, Cell-Free Bioinnovations.
Anderen lazen ook
