Énergie électrique des plantes - centrales électriques vertes

La transformation directe de l'énergie lumineuse en énergie électrique sous-tend le fonctionnement des générateurs contenant de la chlorophylle. La chlorophylle peut donner et attacher des électrons lorsqu'elle est exposée à la lumière.

En 1972, M. Calvin a avancé l'idée de créer une cellule solaire, dans laquelle la chlorophylle servirait de source de courant électrique, capable de retirer les électrons de certaines substances spécifiques sous éclairage et de les transférer à d'autres.

Calvin a utilisé de l'oxyde de zinc comme conducteur en contact avec la chlorophylle. Lors de l'illumination de ce système, un courant électrique d'une densité de 0,1 microampères par centimètre carré y est apparu.

Cette photocellule n'a pas fonctionné longtemps, car la chlorophylle a rapidement perdu sa capacité à donner des électrons. Pour prolonger la durée de la photocellule, une source d'électrons supplémentaire, l'hydroquinone, a été utilisée. Dans le nouveau système, le pigment vert cédait non seulement le sien, mais aussi les électrons d'hydroquinone.

Les calculs montrent qu'une telle cellule photoélectrique de 10 mètres carrés peut avoir une puissance d'environ kilowatts.

Le professeur japonais Fujio Takahashi a utilisé de la chlorophylle extraite des feuilles d'épinards pour produire de l'électricité. Le récepteur à transistor auquel le panneau solaire était connecté a fonctionné avec succès.

En outre, des recherches sont en cours au Japon sur la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique à l'aide de cyanobactéries cultivées dans un milieu nutritif. Une fine couche d'entre eux est appliquée sur une électrode transparente d'oxyde de zinc et, avec la contre-électrode, immergée dans une solution tampon. Si les bactéries sont maintenant illuminées, un courant électrique apparaîtra dans le circuit.

En 1973, les Américains W. Stockenius et D. Osterhelt ont décrit une protéine inhabituelle provenant des membranes des bactéries violettes qui vivent dans les lacs salés des déserts californiens. Elle s'appelait bactériorhodopsine.

Il est intéressant de noter que la bactériorhodopsine apparaît dans les membranes des halobactéries avec un manque d'oxygène. Une carence en oxygène dans les plans d'eau se produit en cas de développement intensif des halobactéries.

Avec l'aide de la bactériorhodopsine, les bactéries absorbent l'énergie du soleil, compensant ainsi le déficit énergétique résultant de l'arrêt de la respiration.

La bactériorhodopsine peut être isolée des halobactéries en plaçant ces créatures aimant le sel qui se sentent bien dans une solution saturée de chlorure de sodium dans l'eau. Immédiatement, ils débordent d'eau et éclatent, tandis que leur contenu est mélangé avec l'environnement. Et seules les membranes contenant de la bactériorhodopsine ne sont pas détruites en raison du fort «tassement» des molécules de pigment qui forment des cristaux de protéines (sans en connaître la structure, les scientifiques les ont appelées plaques violettes).

En eux, les molécules de bactériorhodopsine sont combinées en triades et les triades en hexagones réguliers. Étant donné que les plaques sont considérablement plus grandes que tous les autres composants halobactériens, elles peuvent être facilement isolées par centrifugation. Après lavage de la centrifugeuse, une masse pâteuse de couleur violette est obtenue. 75 pour cent de celui-ci est composé de bactériorhodopsine et 25 pour cent de phospholipides qui remplissent les lacunes entre les molécules de protéines.

Les phospholipides sont des molécules de graisse en combinaison avec des résidus d'acide phosphorique. Il n'y a pas d'autres substances dans la centrifugeuse, ce qui crée des conditions favorables à l'expérimentation de la bactériorhodopsine.

De plus, ce composé complexe est très résistant aux facteurs environnementaux. Il ne perd pas d'activité lorsqu'il est chauffé à 100 ° C et peut être conservé au réfrigérateur pendant des années. La bactériorhodopsine est résistante aux acides et à divers agents oxydants.

La raison de sa grande stabilité est due au fait que ces halobactéries vivent dans des conditions extrêmement difficiles - dans des solutions salines saturées, qui sont, en substance, les eaux de certains lacs de la région des déserts brûlés par la chaleur tropicale.

Dans un environnement aussi extrêmement salé et surchauffé, les organismes qui ont des membranes ordinaires ne peuvent pas exister. Ce fait présente un grand intérêt pour la possibilité d'utiliser la bactériorhodopsine comme transformateur d'énergie lumineuse en énergie électrique.

Si la bactériorhodopsine précipitée sous l'influence des ions calcium est éclairée, alors à l'aide d'un voltmètre, il est possible de détecter la présence d'un potentiel électrique sur les membranes. Si vous éteignez la lumière, elle disparaît. Ainsi, les scientifiques ont prouvé que la bactériorhodopsine peut fonctionner comme un générateur de courant électrique.

Dans le laboratoire du célèbre scientifique, spécialiste du domaine de la bioénergie V.P. Skulachev, le processus d'incorporation de la bactériorhodopsine dans une membrane plate et les conditions de son fonctionnement en tant que générateur de courant électrique dépendant de la lumière ont été soigneusement étudiés.

Plus tard, dans le même laboratoire, des éléments électriques ont été créés dans lesquels des générateurs de protéines de courant électrique ont été utilisés. Ces éléments avaient des filtres à membrane imprégnés de phospholipides avec de la bactériorhodopsine et de la chlorophylle. Les scientifiques pensent que des filtres similaires avec des générateurs de protéines, connectés en série, peuvent servir de batterie électrique.

Les recherches sur l'utilisation de générateurs de protéines dans le laboratoire de V.P. Skulachev ont attiré l'attention des scientifiques. À l'Université de Californie, ils ont créé la même batterie qui, lorsqu'elle a été utilisée pendant une heure et demie, a fait briller l'ampoule.

Les résultats expérimentaux permettent d'espérer que les photocellules à base de bactériorhodopsine et de chlorophylle seront utilisées comme générateurs d'énergie électrique. Les expériences réalisées sont la première étape de la création de nouveaux types de cellules photovoltaïques et à combustible capables de transformer l'énergie lumineuse avec une grande efficacité.

Voir aussi: Autres sources d'énergie alternatives