พลังงานไฟฟ้าจากพืช - โรงไฟฟ้าสีเขียว

การเปลี่ยนรูปโดยตรงของพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าเป็นการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์ คลอโรฟิลล์สามารถให้และแนบอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัสกับแสง

ในปี 1972 เอ็มคาลวินหยิบยกแนวคิดของการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งคลอโรฟิลล์จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าสามารถดึงอิเล็กตรอนจากสารบางชนิดภายใต้ความสว่างและส่งต่อไปยังผู้อื่น

คาลวินใช้สังกะสีออกไซด์เป็นตัวนำในการสัมผัสกับคลอโรฟิลล์ เมื่อส่องสว่างระบบนี้จะพบกระแสไฟฟ้าที่มีความหนาแน่น 0.1 ไมโครเมตรต่อตารางเซนติเมตร

ตาแมวนี้ทำงานได้ไม่นานเนื่องจากคลอโรฟิลล์สูญเสียความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็ว เพื่อขยายระยะเวลาของตาแมวนั้นได้มีการใช้แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนเพิ่มเติมคือ hydroquinone ในระบบใหม่เม็ดสีเขียวไม่เพียงให้ตัวเอง แต่ยังรวมถึงอิเล็กตรอนไฮโดรควิโนน

จากการคำนวณแสดงให้เห็นว่าตาแมวขนาด 10 ตารางเมตรนั้นมีกำลังประมาณกิโลวัตต์

ศาสตราจารย์ญี่ปุ่นฟูจิโอะทากาฮาชิใช้คลอโรฟิลล์สกัดจากใบผักขมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ตัวรับทรานซิสเตอร์ที่เชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ทำงานได้สำเร็จ

นอกจากนี้ยังมีการวิจัยในญี่ปุ่นเกี่ยวกับการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ไซยาโนแบคทีเรียที่ปลูกในอาหาร ชั้นบาง ๆ ของมันถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรดโปร่งใสของซิงค์ออกไซด์และร่วมกับอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์แช่อยู่ในสารละลายบัฟเฟอร์ หากแบคทีเรียเรืองแสงในขณะนี้กระแสไฟฟ้าจะปรากฏในวงจร

ในปี 1973 ชาวอเมริกัน W. Stockenius และ D. Osterhelt อธิบายโปรตีนที่ผิดปกติจากเยื่อหุ้มของแบคทีเรียไวโอเล็ตที่อาศัยอยู่ในทะเลสาบเกลือของทะเลทรายแคลิฟอร์เนีย มันถูกเรียกว่า bacteriorhodopsin

เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่า bacteriorhodopsin จะปรากฏในเยื่อหุ้มเซลล์ของ halobacteria ที่ขาดออกซิเจน การขาดออกซิเจนในแหล่งน้ำเกิดขึ้นในกรณีที่มีการพัฒนาของฮาโลแบคทีเรียอย่างเข้มข้น

ด้วยความช่วยเหลือของ bacteriorhodopsin แบคทีเรียดูดซับพลังงานของดวงอาทิตย์จึงชดเชยการขาดพลังงานที่เกิดจากการหยุดหายใจ

Bacteriorhodopsin สามารถแยกได้จาก halobacteria โดยวางสิ่งมีชีวิตที่ชอบเกลือเหล่านี้ที่รู้สึกดีในสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิ่มตัวในน้ำ ทันใดนั้นพวกเขาก็ล้นไปด้วยน้ำและระเบิดในขณะที่เนื้อหาของพวกเขาจะผสมกับสภาพแวดล้อม และมีเพียงเยื่อหุ้มเซลล์ที่มี bacteriorhodopsin เท่านั้นที่ไม่ถูกทำลายเนื่องจากการ“ บรรจุ” ของโมเลกุลเม็ดสีที่ก่อตัวเป็นผลึกโปรตีน (โดยไม่รู้โครงสร้างนักวิทยาศาสตร์เรียกพวกมันว่าโล่สีม่วง)

ในพวกเขาโมเลกุลของแบคทีเรียiorhodopsinจะรวมกันเป็นสามส่วนและสามส่วนเป็นรูปหกเหลี่ยมปกติ เนื่องจากโล่มีขนาดใหญ่กว่าส่วนประกอบฮาโลแบคทีเรียอื่น ๆ ทั้งหมดจึงสามารถแยกได้ง่ายโดยการหมุนเหวี่ยง หลังจากล้างเครื่องหมุนเหวี่ยงจะได้มวลสีม่วงอ่อน ๆ 75 เปอร์เซ็นต์ของมันประกอบด้วย bacteriorhodopsin และ 25% ของ phospholipids ที่เติมช่องว่างระหว่างโมเลกุลโปรตีน

ฟอสโฟไลปิดเป็นโมเลกุลของไขมันร่วมกับกรดฟอสฟอริก ไม่มีสารอื่นใดในเครื่องหมุนเหวี่ยงซึ่งสร้างเงื่อนไขที่น่าพอใจสำหรับการทดลองกับ bacteriorhodopsin

นอกจากนี้สารประกอบเชิงซ้อนนี้ยังทนต่อปัจจัยทางสภาพแวดล้อม มันจะไม่สูญเสียกิจกรรมเมื่อถูกความร้อนถึง 100 ° C และสามารถเก็บไว้ในตู้เย็นเป็นเวลาหลายปี Bacteriorhodopsin สามารถทนต่อกรดและสารออกซิไดซ์ต่างๆ

เหตุผลสำหรับความเสถียรสูงนั้นเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าฮาโลแบคทีเรียเหล่านี้อาศัยอยู่ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย - ในสารละลายน้ำเกลืออิ่มตัวซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นน้ำของทะเลสาบบางแห่งในพื้นที่ทะเลทรายที่ถูกเผาด้วยความร้อนในเขตร้อน

ในสภาพแวดล้อมที่มีรสเค็มและมีความร้อนสูงเกินไปสิ่งมีชีวิตที่มีเยื่อหุ้มธรรมดาไม่สามารถอยู่ได้ ความจริงเรื่องนี้เป็นที่สนใจอย่างมากในการเชื่อมต่อกับความเป็นไปได้ของการใช้ bacteriorhodopsin เป็นหม้อแปลงของพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

หาก bacteriorhodopsin ตกตะกอนภายใต้อิทธิพลของแคลเซียมไอออนจะส่องสว่างจากนั้นใช้โวลต์มิเตอร์เป็นไปได้ในการตรวจสอบการปรากฏตัวของศักยภาพไฟฟ้าบนเยื่อหุ้ม หากคุณปิดไฟมันจะหายไป ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่า bacteriorhodopsin สามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในห้องปฏิบัติการของนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงผู้เชี่ยวชาญในสาขาพลังงานชีวภาพ V.P. Skulachev กระบวนการของการรวม bacteriorhodopsin ลงในเยื่อหุ้มแบนและเงื่อนไขการทำงานของเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแสงได้ถูกศึกษาอย่างรอบคอบ

ต่อมาในห้องปฏิบัติการเดียวกันมีการสร้างองค์ประกอบทางไฟฟ้าขึ้นโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโปรตีนของกระแสไฟฟ้า องค์ประกอบเหล่านี้มีตัวกรองเมมเบรนที่ชุบด้วยฟอสโฟลิปิดซึ่งมีแบคทีเรีย นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าตัวกรองที่คล้ายกันกับเครื่องกำเนิดโปรตีนเชื่อมต่อเป็นชุดสามารถทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้าได้

งานวิจัยเกี่ยวกับการใช้เครื่องกำเนิดโปรตีนในห้องปฏิบัติการของ V. Skulachev ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์อย่างใกล้ชิด ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียพวกเขาสร้างแบตเตอรี่ก้อนเดียวกันซึ่งเมื่อใช้งานเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงครึ่งทำให้หลอดไฟเรืองแสง

ผลการทดลองให้ความหวังว่าเซลล์ภาพถ่ายที่มีพื้นฐานจาก bacteriorhodopsin และคลอโรฟิลล์จะถูกใช้เป็นเครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้า การทดลองดำเนินการเป็นขั้นตอนแรกในการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์และเซลล์เชื้อเพลิงชนิดใหม่ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ดูเพิ่มเติมที่: แหล่งพลังงานทางเลือกอื่น ๆ