Energia elektryczna z roślin - zielone elektrownie

Bezpośrednia transformacja energii świetlnej w energię elektryczną leży u podstaw działania generatorów zawierających chlorofil. Chlorofil może dawać i przyłączać elektrony pod wpływem światła.

W 1972 r. M. Calvin wysunął pomysł stworzenia ogniwa słonecznego, w którym chlorofil posłużyłby jako źródło prądu elektrycznego, zdolnego do odbierania elektronów z określonych określonych substancji pod wpływem oświetlenia i przekazywania ich innym.

Calvin zastosował tlenek cynku jako przewodnik w kontakcie z chlorofilem. Podczas oświetlania tego układu pojawił się w nim prąd elektryczny o gęstości 0,1 mikroampera na centymetr kwadratowy.

Ta fotokomórka nie działała długo, ponieważ chlorofil szybko utracił zdolność do oddawania elektronów. Aby wydłużyć czas trwania fotokomórki, zastosowano dodatkowe źródło elektronów, hydrochinon. W nowym systemie zielony pigment oddawał nie tylko własne, ale także elektrony hydrochinonu.

Obliczenia pokazują, że taka fotokomórka o powierzchni 10 metrów kwadratowych może mieć moc około kilowatów.

Japoński profesor Fujio Takahashi wykorzystał chlorofil ekstrahowany z liści szpinaku do wytworzenia elektryczności. Odbiornik tranzystorowy, do którego podłączony był panel słoneczny, działał z powodzeniem.

Ponadto w Japonii trwają badania nad przekształceniem energii słonecznej w energię elektryczną przy użyciu cyjanobakterii hodowanych w pożywce. Ich cienką warstwę nakłada się na przezroczystą elektrodę z tlenku cynku i wraz z przeciwelektrodą zanurza się w roztworze buforowym. Jeśli bakterie są teraz oświetlone, w obwodzie pojawi się prąd elektryczny.

W 1973 r. Amerykanie W. Stockenius i D. Osterhelt opisali niezwykłe białko z błon fioletowych bakterii żyjących w słonych jeziorach kalifornijskich pustyń. Nazywał się bakteriorodopsyna.

Warto zauważyć, że bakteriorodopsyna pojawia się w błonach halobakterii z brakiem tlenu. Niedobór tlenu w zbiornikach wodnych występuje w przypadku intensywnego rozwoju halobakterii.

Za pomocą bakteriorodopsyny bakterie absorbują energię słoneczną, kompensując w ten sposób deficyt energii wynikający z zaprzestania oddychania.

Bakteriorodopsyna może być izolowana z halobakterii poprzez umieszczenie tych kochających sól stworzeń, które świetnie się czują w nasyconym roztworze chlorku sodu w wodzie. Natychmiast przelewają się wodą i pękają, a ich zawartość miesza się ze środowiskiem. I tylko błony zawierające bakteriorodopsynę nie są niszczone z powodu silnego „upakowania” cząsteczek pigmentu, które tworzą kryształy białka (nie znając struktury, naukowcy nazwali je fioletowymi płytkami).

W nich cząsteczki bakteriorodopsyny są łączone w triady, a triady w regularne sześciokąty. Ponieważ płytki są znacznie większe niż wszystkie inne składniki halobakteryjne, można je łatwo izolować przez wirowanie. Po umyciu wirówki uzyskuje się pastowatą masę fioletowego koloru. 75% z nich składa się z bakteriorodopsyny i 25% fosfolipidów wypełniających luki między cząsteczkami białka.

Fosfolipidy to cząsteczki tłuszczu w połączeniu z resztami kwasu fosforowego. W wirówce nie ma innych substancji, co stwarza dogodne warunki do eksperymentowania z bakteriorodopsyną.

Ponadto ten złożony związek jest bardzo odporny na czynniki środowiskowe. Nie traci aktywności po podgrzaniu do 100 ° C i może być przechowywany w lodówce przez lata. Bakteriorodopsyna jest odporna na kwasy i różne utleniacze.

Powodem jego wysokiej stabilności jest fakt, że halobakterie żyją w wyjątkowo trudnych warunkach - w nasyconych roztworach soli, które w istocie są wodami niektórych jezior w rejonie pustyń spalonych przez tropikalny upał.

W tak wyjątkowo słonym i przegrzanym środowisku nie mogą istnieć organizmy ze zwykłymi błonami. Ten fakt jest bardzo interesujący w związku z możliwością zastosowania bakteriorodopsyny jako transformatora energii świetlnej w energię elektryczną.

Jeśli bakteriorodopsyna wytrącona pod wpływem jonów wapnia jest oświetlona, ​​to za pomocą woltomierza można wykryć obecność potencjału elektrycznego na błonach. Jeśli wyłączysz światło, zniknie. W ten sposób naukowcy udowodnili, że bakteriorodopsyna może działać jako generator prądu elektrycznego.

W laboratorium słynnego naukowca, specjalisty w dziedzinie bioenergii V.P. Skulaczowa, dokładnie zbadano proces włączania bakteriorodopsyny do płaskiej błony i warunki jej działania jako zależnego od światła generatora prądu elektrycznego.

Później w tym samym laboratorium powstały elementy elektryczne, w których zastosowano generatory białka prądu elektrycznego. Elementy te miały filtry membranowe impregnowane fosfolipidami bakteriorodopsyną i chlorofilem. Naukowcy uważają, że podobne filtry z generatorami białek, połączone szeregowo, mogą służyć jako bateria elektryczna.

Badania nad zastosowaniem generatorów białek w laboratorium V.P. Skulaczowa przyciągnęły uwagę naukowców. Na Uniwersytecie Kalifornijskim stworzyli tę samą baterię, która, używana przez półtorej godziny, sprawiała, że ​​żarówka świeciła.

Wyniki eksperymentów dają nadzieję, że fotokomórki na bazie bakteriorodopsyny i chlorofilu zostaną wykorzystane jako generatory energii elektrycznej. Przeprowadzone eksperymenty są pierwszym etapem tworzenia nowych typów ogniw fotowoltaicznych i ogniw paliwowych zdolnych do przekształcania energii świetlnej z dużą wydajnością.

Zobacz także: Inne alternatywne źródła energii