Електрическа енергия от централи - зелени електроцентрали

Директното преобразуване на светлинната енергия в електрическа енергия е в основата на работата на генераторите, съдържащи хлорофил. Хлорофилът може да дава и закрепва електрони, когато е изложен на светлина.

През 1972 г. М. Калвин излага идеята за създаване на слънчева клетка, в която хлорофилът да служи като източник на електрически ток, способен да отнема електрони от определени специфични вещества и да ги прехвърля на други при осветяване.

Калвин използва цинков оксид като проводник в контакт с хлорофил. При осветяването на тази система в нея се появи електрически ток с плътност 0,1 микроампер на квадратен сантиметър.

Тази фотоклетка не функционира дълго, тъй като хлорофилът бързо загуби способността си да дарява електрони. За удължаване на продължителността на фотоклетката е използван допълнителен източник на електрон, хидрохинон. В новата система зеленият пигмент дава не само своите, но и хидрохиноновите електрони.

Изчисленията показват, че такава фотоклетка от 10 квадратни метра може да има мощност около киловат.

Японският професор Фуджио Такахаши използвал хлорофил, извлечен от спанак, за да генерира електричество. Транзисторният приемник, към който е свързан слънчевият панел, работи успешно.

Освен това в Япония се провеждат проучвания за преобразуване на слънчевата енергия в електрическа енергия, използвайки цианобактерии, отглеждани в хранителна среда. Тънък слой от тях се нанася върху прозрачен електрод от цинков оксид и заедно с насрещния електрод се потапя в буферен разтвор. Ако бактериите са осветени, в веригата ще се появи електрически ток.

През 1973 г. американците У. Стокениус и Д. Остерхелт описват необичаен протеин от мембраните на лилавите бактерии, които живеят в солените езера на калифорнийските пустини. Наричаше се бактериодхопсин.

Интересно е да се отбележи, че бактериалходопсин се появява в мембраните на халобактериите с липса на кислород. Недостигът на кислород във водните тела възниква в случай на интензивно развитие на халобактерии.

Използвайки бактериододопсин, бактериите абсорбират енергията на слънцето, като по този начин компенсират енергийния дефицит в резултат на спирането на дишането.

Bacteriorhodopsin може да бъде изолиран от халобактерии чрез поставяне на тези солелюбиви същества, които се чувстват чудесно в наситен разтвор на натриев хлорид във вода. Веднага се заливат с вода и се спукват, докато съдържанието им се смесва с околната среда. И само мембраните, съдържащи бактериододопсин, не се унищожават поради силното „опаковане“ на пигментни молекули, които образуват протеинови кристали (без да знаят структурата, учените ги нарекли лилави плаки).

В тях молекулите на бактериалходопсин се комбинират в триади, а триадите в правилни шестоъгълници. Тъй като плаките са значително по-големи от всички други халобактериални компоненти, те могат лесно да бъдат изолирани чрез центрофугиране. След измиване на центрофугата се получава пастообразна маса с виолетов цвят. 75 процента от него се състои от бактериоходдопсин и 25 процента от фосфолипиди, запълващи пропуските между протеиновите молекули.

Фосфолипидите са мастни молекули в комбинация с остатъци от фосфорна киселина. В центрофугата няма други вещества, което създава благоприятни условия за експерименти с бактериодопсозин.

В допълнение, това сложно съединение е много устойчиво на фактори на околната среда. Не губи активност при нагряване до 100 ° C и може да се съхранява в хладилника с години. Bacteriorhodopsin е устойчив на киселини и различни окислители.

Причината за високата му стабилност се дължи на факта, че тези халобактерии живеят в изключително тежки условия - в наситени солни разтвори, които по същество са водите на някои езера в зоната на пуста тропическа топлина.

В такава изключително солена и също прегрята среда организмите, които имат обикновени мембрани, не могат да съществуват. Този факт представлява голям интерес във връзка с възможността за използване на бактериододопсин като трансформатор на светлинна енергия в електрическа енергия.

Ако бактериодопсозин, утаен под въздействието на калциеви йони, е осветен, тогава с помощта на волтметър е възможно да се установи наличието на електрически потенциал върху мембраните. Ако изключите светлината, тя изчезва. По този начин учените са доказали, че бактериалходопсинът може да функционира като генератор на електрически ток.

В лабораторията на известния учен, специалист в областта на биоенергията В. П. Скулачев, процесът на включване на бактериодопсозин в плоска мембрана и условията за функционирането му като светлозависим генератор на електрически ток бяха внимателно проучени.

По-късно в същата лаборатория са създадени електрически елементи, в които са използвани протеинови генератори на електрически ток. Тези елементи имаха мембранни филтри, импрегнирани с фосфолипиди с бактериодопсозин и хлорофил. Учените смятат, че подобни филтри с протеинови генератори, свързани последователно, могат да служат като електрическа батерия.

Изследванията за използването на протеинови генератори в лабораторията на В. П. Скулачев привлече вниманието на учените. В Калифорнийския университет създадоха същата батерия, която при използване в продължение на час и половина накара крушката да свети.

Експерименталните резултати дават надежда, че фотоклетките, базирани на бактериодопсозин и хлорофил, ще бъдат използвани като генератори на електрическа енергия. Проведените експерименти са първият етап в създаването на нови видове фотоволтаични и горивни клетки, способни да преобразуват светлинната енергия с голяма ефективност.

Вижте също: Други алтернативни източници на енергия