Вчені навчилися видобувати електрику з рослин

Впервие вченим із Стенфорда вдалося отримати невеликий електричний струм з клітин водоростей. Клітини виробляють електрику під час фотосинтезу - процесу, за допомогою якого рослини перетворюють сонячне світло в хімічну енергію. Вчені заявили, що це можна вважати першим кроком до екологічно чистого процесу створення біоелектрики, яка не буде забруднювати навколишнє середовище вуглекислим газом.

"Наскільки нам відомо, ми перші, кому вдалося добути електрони з живої клітини рослини", - заявив ВонХенг Рю (WonHyoung Ryu), провідний автор статті, опублікованій у березневому номері Nano Letters. Рю проводив експерименти, у співпраці з професором машинобудування Фрітц Принц (Fritz Prinz).

Команда дослідників розробила унікальні, ультра-гострі наноелектроди виготовлені із золота, спроектовані спеціально для введення всередину клітини. Вони акуратно вводять їх через мембрану, яка захищає клітину, при цьому клітина залишається жива. Електрод збирає електрони, які були згенеровані в фотосинтезуючої клітці світлом, генеруючи слабкий електрострум.

"Наш проект все ще перебуває на етапі наукової розробки", - розповів Рю, - "Ми працювали з одиничними клітинами, щоб довести принципову можливість отримувати електрони цим способом ".

Растенія використовують фотосинтез для конвертаціі енергії света в хімічну енергію, яка зберігається у вигляді цукрів, які вони використовують як їжу. Цей процес відбувається в хлоропластах, клітинних електростанціях які виробляють цукру і надають листю і водоростям зелений колір. У хлоропластах, вода розділяється на кисень, протони й електрони. Сонячне світло проникає в хронопласти і переводить електрони на більш високий енергетичний рівень, після чого їх захоплює протеїн. Електрони рухаються по протеїнам, які захоплюють все більше і більше енергії електронів для синтезу цукрів, поки не буде витрачена вся енергія електронів.

В цьому експерименті, учені перехоплювали електрони в той момент, коли вони перебували на самому високому енергетичному рівні. Вони поміщали золоті електроди в хронопласти клітин водоростей і відкачували звідти електрони, генеруючи слабкий електричний струм.

В результаті, вченим вдалося добути електрику екологічно безпечним способом, не виділяючи в атмосферу вуглекислого газу. Єдиними побічними продуктами фотосинтезу були протони і кисень.

"Цей метод генерації енергії може стати найбільш чистим джерелом енергії", - сказав Рю, - "Але головне питання - чи буде це економічно вигідно?".

Рю розповів, що їм вдалося добути з однієї клітини всього один пікоампер. Це настільки мізерна величина, що для того щоб отримати стільки ж енергії, скільки зберігається в пальчикової батарейці, знадобилося б збирати енергію в межах години з трильйона фотосинтезуючих клітин. До того ж, клітини гинуть через годину. За словами Рю вони можуть помирати через крихітних витоків з мембрани в місці входу електрода в клітку або через втрати енергії, яка необхідна їм для нормального протікання процесів життєдіяльності. Він заявив, що наступним кроком буде модернізація пристрою електрода, з метою продовження життя клітини.

Метод добування електронів з живих клітин ефективніше спалювання біопалива, оскільки біопаливо містить всього 3-6% доступної сонячної енергії, розповів Рю. Розроблений ним процес не має потребу в підтримці горіння, на який витрачається частина збереженої енергії. ККД добування електронів в цьому дослідженні досягало 20%. За словами Рю, ККД може теоретично досягти і 100%. (Фотогальванічні сонячні панелі працюють з ККД 20-40%)

В майбутньому дослідники планують використовувати клітини рослин з більш великими хронопластамі, що збільшить площу збору електронів. Це дозволить збільшити електрод і збирати більше електронів. З більш живучими клітинами і збільшеною збирає здатністю електрода, можна буде зробити процес більш масштабним. На даний момент Рю є професором Університету Енсей (Yonsei University) в Сеулі, Південна Корея. Тільки ми розповімо інтересние новості у всіх подробицях.

Орігінал (на англ. Мовою): 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