Elektrická energie z rostlin - zelené elektrárny

Přímá přeměna světelné energie na elektrickou energii je základem činnosti generátorů obsahujících chlorofyl. Chlorofyl může při vystavení světlu dávat a připojovat elektrony.

V roce 1972 M. Calvin předložil myšlenku na vytvoření solárního článku, ve kterém by chlorofyl sloužil jako zdroj elektrického proudu, který by byl schopen osvětlit elektrony od určitých specifických látek pod osvětlením a přenést je na jiné.

Calvin používal oxid zinečnatý jako dirigent v kontaktu s chlorofylem. Při osvětlování tohoto systému se v něm objevil elektrický proud s hustotou 0,1 mikroamper na čtvereční centimetr.

Tato fotobuňka dlouho nefungovala, protože chlorofyl rychle ztratil schopnost darovat elektrony. Pro prodloužení doby trvání fotobuňky byl použit další zdroj elektronů, hydrochinon. V novém systému zelený pigment rozdával nejen své vlastní, ale také hydrochinonové elektrony.

Výpočty ukazují, že taková fotobunka o ploše 10 čtverečních metrů může mít sílu asi kilowattů.

Japonský profesor Fujio Takahashi použil chlorofyl extrahovaný ze listů špenátu k výrobě elektřiny. Tranzistorový přijímač, ke kterému byl solární panel připojen, fungoval úspěšně.

V Japonsku navíc probíhají studie zaměřené na přeměnu sluneční energie na elektrickou energii pomocí sinic pěstovaných v živném médiu. Jejich tenká vrstva se nanese na průhlednou elektrodu z oxidu zinečnatého a společně s protielektrodou se ponoří do pufrovacího roztoku. Pokud jsou bakterie nyní osvětleny, objeví se v obvodu elektrický proud.

V roce 1973 popsali Američané W. Stockenius a D. Osterhelt neobvyklý protein z membrán fialových bakterií, které žijí v slaných jezerech kalifornských pouští. Říkalo se tomu bakteriorhodopsin.

Je zajímavé poznamenat, že bakteriorhodopsin se objevuje v membránách halobakterií s nedostatkem kyslíku. V případě intenzivního vývoje halobakterií dochází k nedostatku kyslíku ve vodních útvarech.

Pomocí bakteriorhodopsinu bakterie absorbují sluneční energii, čímž vyrovnávají energetický deficit vyplývající z přerušení dýchání.

Bakteriorhodopsin lze izolovat z halobakterií umístěním těchto tvorů milujících sůl, které se cítí skvěle v nasyceném roztoku chloridu sodného ve vodě. Okamžitě přetékají vodou a praskají, zatímco jejich obsah se mísí s prostředím. A pouze membrány obsahující bakteriorhodopsin se nezničí kvůli silnému „zabalení“ molekul pigmentu, které tvoří krystaly proteinu (aniž by věděli o struktuře, vědci je nazývali purpurovými plaky).

V nich jsou bakteriorhodopsinové molekuly sloučeny do triád a triády do pravidelných hexagonů. Protože plaky jsou výrazně větší než všechny ostatní halobakteriální složky, lze je snadno izolovat odstředěním. Po promytí odstředivky se získá pastovitá hmota fialové barvy. 75 procent tvoří bakteriorhodopsin a 25 procent fosfolipidů, které vyplňují mezery mezi molekulami proteinu.

Fosfolipidy jsou tukové molekuly v kombinaci se zbytky kyseliny fosforečné. V odstředivce nejsou žádné další látky, což vytváří příznivé podmínky pro experimentování s bakteriorhodopsinem.

Kromě toho je tato komplexní sloučenina velmi odolná vůči faktorům prostředí. Při zahřátí na 100 ° C neztrácí aktivitu a může být roky uchováván v chladničce. Bakteriorhodopsin je odolný vůči kyselinám a různým oxidačním činidlům.

Důvodem jeho vysoké stability je skutečnost, že tyto halobakterie žijí v extrémně drsných podmínkách - v nasycených solných roztocích, což jsou v podstatě vody některých jezer v oblasti pouští spálené tropickým teplem.

V tak extrémně slaném a také přehřátém prostředí nemohou existovat organismy, které mají obyčejné membrány. Tato skutečnost je velmi zajímavá v souvislosti s možností využití bakteriorhodopsinu jako transformátoru světelné energie na elektrickou energii.

Pokud je bakteriorhodopsin vysrážený vlivem iontů vápníku osvětlen, pak je možné pomocí voltmetru detekovat přítomnost elektrického potenciálu na membránách. Pokud zhasnete světlo, zmizí. Vědci tak prokázali, že bakteriorhodopsin může fungovat jako generátor elektrického proudu.

V laboratoři slavného vědce, specialisty v oblasti bioenergie V.P. Skulacheva, byl pečlivě studován proces začlenění bakteriorhodopsinu do ploché membrány a podmínky jeho fungování jako generátoru elektrického proudu závislého na světle.

Později, ve stejné laboratoři, byly vytvořeny elektrické prvky, ve kterých byly použity proteinové generátory elektrického proudu. Tyto prvky měly membránové filtry impregnované fosfolipidy bakteriorhodopsinem a chlorofylem. Vědci se domnívají, že podobné filtry s proteinovými generátory, zapojené do série, mohou sloužit jako elektrická baterie.

Výzkum využití proteinových generátorů v laboratoři V.P. Skulacheva přitahoval pozornost vědců. Na Kalifornské univerzitě vytvořili stejnou baterii, která, když byla používána po dobu jedné a půl hodiny, rozžhavila žárovku.

Experimentální výsledky dávají naději, že jako generátory elektrické energie budou použity fotočlánky na bázi bakteriorhodopsinu a chlorofylu. Provedené experimenty jsou první fází vytváření nových typů fotovoltaických a palivových článků schopných transformovat světelnou energii s velkou účinností.

Viz také: Jiné alternativní zdroje energie