Annonceinfo

Elektroner kan tage lange hop igennem træer

Et nyt studie viser, at elektroner kan hoppe lange afstande igennem træ. Det betyder, at træ kan overføre ganske små elektriske ladninger.

Emner:
Træer består af stofferne lignin og cellulose. Begge dele bliver nedbrudt af svampe, så vi ikke drukner i træer og planter. (Foto: Shutterstock)

De fleste har lært i folkeskolens fysiktimer, at elektricitet ikke kan løbe igennem træ. Træ anses nemlig normalt for at være 'el-isolerende' modsat det kobber, som leder strømmen i de fleste ledninger. Men faktisk er det ikke helt rigtigt. Bittesmå elektriske ladninger er nemlig i stand til at hoppe igennem træ.

Det viser i et nyt dansk studie, som peger på, at de elektrisk ladede elektroner uden om atomerne kan hoppe igennem træets struktur.

»Elektroner kan bevæge sig over lange afstande i træ, og den egenskab bliver brugt aktivt i biologiske processer i naturen. Det kan kun lade sig gøre, fordi træstof faktisk er en halvleder, hvor elektronerne hopper imellem molekylerne. Ikke en særlig god halvleder, men det er en halvleder. Og dermed kan det overføre elektroner ligesom en ledning,« siger professor Claus Felby, som er en af forfatterne bag det nye studie.

Studiet er udgivet i det videnskabelige tidsskrift Scientific Reports.

Elektroner hopper langt gennem træ

Forskerne bag studiet har set på, hvordan træ bliver nedbrudt og går til grunde. I den proces spiller det en rolle, at de små elektroner kan bevæge sig gennem træet.

For forskerne er det dog ikke nyt, at elektronerne kan hoppe gennem træ. Til gengæld er de overraskede over, hvor langt elektronerne kan bevæge sig gennem træet. De 'lange' afstande er i nanoskala og derfor stadig uendelig små, men for en elektron er det noget af en afstand.

»Det viser sig, at elektronerne kan rejse over rigtig store afstande. Afstandene svarer til, at du sidder i en lejlighed i København og stadig kan spise et æble, der er nede på perronen på nærmeste metrostationen. Skaleret op til vores menneskestørrelse svarer det til afstande på mellem tre og fem kilometer,« siger Claus Felby, som forsker i planters cellevægge på Københavns Universitet.

At elektroner kan hoppe gennem træets struktur betyder, at træet opfører sig som en halvleder. Det er ikke det samme som en reel el-leder, og man skal derfor ikke forvente at bruge træ til at give strøm til soveværelseslampen.

»Det, vi ser her, foregår på nanoskala. Man kan ikke sætte en ledning i den ene ende af skærebrættet og en udgang i den anden ende, og så fungerer det som en ledning, for det gør det altså ikke,« siger ph.d. Katja Johansen fra Chalmers University of Technology i Göteborg. Hun har ikke selv været med i studiet.

Ny viden om hvordan træer bliver nedbrudt

Studiet viser ikke blot, at elektronerne hopper langt. Det giver også ny viden om, hvordan træer og planter bliver nedbrudt, og det er den del af studiet, Claus Felby særligt synes, er interessant og nyskabende.

Træer består dels af sukker, som er stofferne cellulose og hemicellulose, og dels af stoffet lignin. Lignin hedder på dansk 'træstof' og fungerer som træets cement. Det er altså det, der gør træet hårdt. Lignin og cellulose har det til fælles, at begge dele med tiden bliver nedbrudt.

»Vi har enormt meget cellulose i verden, og grunden til, at vi ikke bliver begravet i det, er, at det bliver nedbrudt« siger Katja Johansen, som selv forsker i proteinkemi.

Man har altid kunnet regne ud, at enzymer, det vil sige proteiner, der sætter kemiske processer i gang, nedbryder træerne. Det er dog kun få år siden, at man fandt helt nye enzymer, som har stor betydning for træernes nedbrydning.

Læs også: Enzym sætter fart i biobrændstof

Fakta

Hvad er en halvleder?

Stoffer, som er 'halvledere', befinder sig et sted mellem de stoffer, der er ledende, og dem, som er el-isolerede.

Halvledere har elektroniske egenskaber, men elektronerne 'hopper' modsat i ledere, hvor elektronerne 'flyder'.

Selvom lignin ikke er den samme slags halvleder, som bruges til transistorer, har træstoffet de samme grundlæggende elektriske egenskaber som andre halvledere, og elektronerne i træstoffet bevæger sig ifølge Claus Felby på samme måde.

Kilde: Claus Felby

I det nye studie har forskerne fundet ud af, hvordan enzymerne kommer i gang med nedbrydningen af cellulosen. Der skal nemlig elektroner til for, at enzymerne kan sparkes i gang, og de elektroner viser sig at komme fra ligninen, som ellers skulle være det, der værnede træet mod de svampe, enzymerne kommer fra.

»Træer laver lignin. Både for at de ikke falder sammen, men de bruger også ligninen som et skjold imod svampene, så de ikke kan trænge ind at spise sukkerstofferne. Men svampen er lidt smart, for den har fundet ud af at vende ligninen mod træet selv. Den bruger det som ammunitionsdepot, kan man sige,« siger Claus Felby.

Claus Felby og hans gruppe mener, at de har fundet »en brik i puslespillet,« når de med det nye studie kan se, at elektroner, der sætter gang i cellulosens langsomme nedbrydning, kommer fra ligninen.

»Det utrolige er, at vi har arbejdet med disse ting i årtier, og vi ved stadig ikke, hvad det er, der gør, at cellulosen bliver nedbrudt. Det her er en af de større puslespilsbrikker, der er fundet, nemlig at elektronerne kan hoppe frem og tilbage, så enzymerne kan bruge dem,« siger Claus Felby.

Ny forståelse kan have betydning for klimaet

Selvom elektronerne har vist sig at kunne bevæge sig over lange afstande gennem træet, ved forskerne endnu ikke, om den samme proces foregår andre steder i naturen. Til gengæld giver opdagelsen en bedre forståelse af, hvordan nedbrydelsen af træet reelt foregår.

Katja Johansen kalder studiet godt og velbeskrevet og lægger vægt på, at studiet er en lille del af et stort felt, som blev skudt i gang, da man for få år siden fandt ud af, hvilke enzymer der nedbryder træ. Og selvom det nye studie forklarer mere om, hvordan enzymerne virker, synes hun, feltet som helhed er det, som virkelig rykker.

»Jeg synes faktisk, det er næsten uoverskueligt så meget, det her vil betyde. Når man pludselig finder ud af en nøglerolle for enzymer, som man før måtte klassificere som 'unknown', kan det have meget stor betydning på tværs af biologien,« siger Katja Johansen.

De to forskere synes, at opdagelsen af enzymerne og viden om, hvordan de virker, er interessant, fordi træer og planter indeholder enorme mængder af CO2, som har betydning for klimaforandringerne. Den CO2 bliver netop sat fri, når planterne bliver nedbrudt, og derfor er CO2-udledningen til atmosfæren afhængig af den proces, der nedbryder planter og træer.  Derfor er det ifølge Claus Felby »enormt vigtigt« at forstå, hvordan CO2 bevæger sig rundt i det biologiske system, og det hjælper en opdagelse som denne til.

Kan give bedre biobrændsel

Herudover kan viden om enzymerne i træerne bruges i praksis til at fremstille brændstof af naturens eget affald:

»Man har fundet nogle processer, som er effektive nok til, at vi kan fremstille bioethanol af cellulose i industriel skala. Den ethanol kan bruges som brændstof i biler i stedet for benzin. De fabrikker åbnede først, efter at vi fandt de enzymer, der nedbryder cellulose, så det er virkelig en ny udvikling,« siger Katja Johansen.

Ifølge Claus Felby kan den nye opdagelse medføre, at vi kan gøre opgaven med at fremstille biomasse om til brændstof til bilen endnu mere effektiv og billig.

»Et af de store problemer er jo, at vi kan fremstille biobrændstoffer, men at det stadig er dyrere end konventionel olie. Med denne type nye opdagelser kan vi få prisen ned på biobrændstoffer, fordi vi kan gøre det mere effektivt,« siger Claus Felby.

Claus Felby og hans gruppe vil nu arbejde videre med deres nye opdagelse. På den måde håber de at finde ud af, om de hoppende elektroner har andre vigtige funktioner i naturen, som vi endnu ikke kender til. 

Seneste fra Miljø & Naturvidenskab

Grønlandske stemmer

Aviaja

»Det er vigtigt, at lokalbefolkningen uddanner sig, for bedre at være en del af udviklingen og bedre kunne tjene penge på viden i stedet for at tjene penge på tønder af olie«

Aviaja Lyberth Hauptmann, ph.d.-studerende på DTU.

Tema om fremtiden for grønlandsk forskning

Det læser andre lige nu

Spørg Videnskaben

Abonner på vores nyhedsbrev

Når du tilmelder dig, deltager du i konkurrencen om lækre præmier.

Seneste blogindlæg