Ученые научились добывать электричество из растений

Впервые ученым из Стенфорда удалось получить небольшой электрический ток из клеток водорослей. Клетки вырабатывают электричество во время фотосинтеза - процесса, с помощью которого растения преобразовывают солнечный свет в химическую энергию. Ученые заявили, что это можно считать первым шагом к экологически чистому процессу создания биоэлектричества, который не будет загрязнять окружающую среду углекислым газом.

"Насколько нам известно, мы первые, кому удалось добыть электроны из живой клетки растения", - заявил ВонХенг Рю (WonHyoung Ryu), ведущий автор статьи, опубликованной в мартовском номере Nano Letters. Рю проводил эксперименты, в сотрудничестве с профессором машиностроения Фритцом Принц (Fritz Prinz).

Команда исследователей разработала уникальные, ультра-острые наноэлектроды изготовленные из золота, спроектированные специально для ввода внутрь клетки. Они аккуратно вводят их через мембрану, которая защищает клетку, при этом клетка остается жива. Электрод собирает электроны, которые были сгенерированы в фотосинтезирующей клетке светом, генерируя небольшой электроток.

"Наш проект все еще находится на этапе научной разработки", - рассказал Рю, - "Мы работали с единичными клетками, чтобы доказать принципиальную возможность получать электроны этим способом".

Растения используют фотосинтез для конвертации энергии света в химическую энергию, которая хранится в виде сахаров, которые они используют как пищу. Этот процесс происходит в хлоропластах, клеточных электростанциях которые производят сахара и придают листьям и водорослям зеленый цвет. В хлоропластах, вода разделяется на кислород, протоны и электроны. Солнечный свет проникает в хронопласты и переводит электроны на более высокий энергетический уровень, после чего их захватывает протеин. Электроны двигаются по протеинам, которые захватывают все больше и больше энергии электронов для синтеза сахаров, пока не будет потрачена вся энергия электронов.

В этом эксперименте, ученые перехватывали электроны в тот момент, когда они находились на самом высоком энергетическом уровне. Они помещали золотые электроды в хронопласты клеток водорослей и откачивали оттуда электроны, генерируя небольшой электрический ток.

В результате, ученым удалось добыть электричество экологически безопасным способом, не выделяя в атмосферу углекислого газа. Единственными побочными продуктами фотосинтеза были протоны и кислород.

"Этот метод генерации энергии может стать самым чистым источником энергии", - сказал Рю, - "Но главный вопрос - будет ли это экономически выгодно?".

Рю рассказал, что им удалось добыть из одной клетки всего один пикоампер. Это настолько мизерная величина, что для того чтобы получить столько же энергии, сколько хранится в пальчиковой батарейке, понадобилось бы собирать энергию в течении часа с триллиона фотосинтезирующих клеток. К тому же, клетки погибают через час. По словам Рю они могут умирать из-за крошечных утечек из мембраны в месте входа электрода в клетку или из-за потери энергии, которая необходима им для нормального протекания процессов жизнедеятельности. Он заявил, что следующим шагом будет модернизация устройства электрода, с целью продления жизни клетки.

Метод добывания электронов из живых клеток эффективнее сжигания биотоплива, так как биотопливо содержит всего 3-6% доступной солнечной энергии, рассказал Рю. Разработанный им процесс не нуждается в поддержании горения, на которое тратится часть сохраненной энергии. КПД добывания электронов в этом исследовании достигало 20%. По словам Рю, КПД может теоретически достигнуть и 100%. (Фотогальванические солнечные панели работают с КПД 20-40%)

В будущем исследователи планируют использовать клетки растений с более крупными хронопластами, что увеличит площадь сбора электронов. Это позволит увеличить электрод и собирать больше электронов. С более живучими клетками и увеличенной собирающей способностью электрода, можно будет сделать процесс более масштабным. На данный момент Рю является профессором Университета Енсей (Yonsei University) в Сеуле, Южная Корея. Только мы расскажем интересные новости во всех подробностях.

Оригинал (на англ. языке): Eurekalert.org

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов