Mokslininkai paliečia elektros srovę, kylančią iš augalų

Visos Naujienos

dumbliai-jim-conrad.jpgPirmiausia elektrifikuojant, nauji tyrimai gali paskatinti gaminti elektrą, kuri neišskiria anglies į atmosferą. Stanfordo mokslininkai prijungė dumblių ląsteles ir panaudojo mažą elektros srovę pačiame energijos gamybos šaltinyje - fotosintezėje. Mokslininkų teigimu, naudojant augalų metodą saulės šviesą paversti chemine energija, tai gali būti pirmas žingsnis siekiant sukurti didelio efektyvumo bioelektrą, kuri neišmeta anglies dioksido kaip šalutinio produkto.

'Mes manome, kad mes pirmieji iš gyvų augalų ląstelių išskiriame elektronus', - sakė WonHyoungas Ryu, pagrindinis mašinų inžinerijos tyrėjų kovo mėnesį paskelbto straipsnio autorius.


Stanfordo tyrimų grupė sukūrė unikalų, ypač aštrų nanoelektrodą iš aukso, specialiai sukurtą ląstelių viduje tirti. Jie švelniai pastūmė jį per dumblių ląstelių membranas, kurios vėliau užsandarino aplink ją. Iš fotosintezuojančių elementų elektrodas surinko elektronus, kuriuos įjungė šviesa, ir mokslininkai sukūrė mažytę elektros srovę.

Ankstyvasis tyrimo etapas

'Mes vis dar esame mokslinių tyrimų stadijose', - sakė Ryu. 'Mes turėjome reikalų su atskiromis ląstelėmis, norėdami įrodyti, kad galime surinkti elektronus.'

Augalai naudoja fotosintezę, kad šviesos energiją paverstų chemine energija, kuri kaupiama maisto produktams naudojamų cukrų jungtimis. Procesas vyksta chloroplastuose - ląstelių jėgainėse, gaminančiose cukrų ir suteikiančioms lapams bei dumbliams žalią spalvą. Chloroplastuose vanduo suskaidomas į deguonį, protonus ir elektronus. Saulės šviesa prasiskverbia į chloroplastą ir uždaro elektronus iki aukšto energijos lygio, o baltymas juos greitai sugriebia. Elektronai perduodami baltymų serijai, kurie nuosekliai surenka vis daugiau elektronų energijos, kad sintetintų cukrus, kol bus išeikvota visa elektronų energija.


Šio eksperimento metu mokslininkai sulaikė elektronus iškart po to, kai juos jaudino šviesa ir buvo aukščiausias energijos lygis. Jie įdėjo auksinius elektrodus į dumblių ląstelių chloroplastus ir pašalino elektronus, kad sukurtų mažytę elektros srovę.

Tyrėjų teigimu, rezultatas yra elektros gamyba, neišmetanti anglies į atmosferą. Vieninteliai fotosintezės šalutiniai produktai yra protonai ir deguonis.


'Tai potencialiai yra vienas iš švariausių energijos šaltinių energijos gamybai', - sakė Ryu. 'Bet kyla klausimas, ar tai ekonomiškai įmanoma?'

Mažas elektros energijos kiekis

Ryu teigė, kad iš kiekvienos kameros jie sugebėjo pasisemti tik po vieną pikoamperę - tokį mažą elektros kiekį, kad jiems prireiktų trilijono ląstelių, kurios vieną valandą fotosintezės, kad būtų lygus energijos kiekis, sukauptas AA baterijoje. Be to, ląstelės miršta po valandos. Ryu teigė, kad nedideli membranos aplink elektrodą nutekėjimai gali sunaikinti ląsteles arba jie gali mirti, nes praranda energiją, kurią paprastai naudotų savo gyvenimo procesams. Vienas iš tolesnių žingsnių būtų elektrodo konstrukcijos patobulinimas, kad pailgėtų elemento tarnavimo laikas, sakė Ryu.

Tokiu būdu surinkti elektronus būtų efektyviau nei deginti biokurą, nes dauguma kurui deginamų augalų kaupia tik apie 3–6 procentus turimos saulės energijos, sakė Ryu. Jo procesas apeina deginimo poreikį, kuris panaudoja tik dalį sukauptos augalo energijos. Šiame tyrime elektronų surinkimas buvo efektyvus maždaug 20 proc. Ryu teigė, kad teoriškai vieną dieną tai gali pasiekti 100 procentų efektyvumą. (Fotoelektros saulės elementų efektyvumas šiuo metu yra apie 20–40 proc.)


Galimi tolesni žingsniai būtų naudoti augalą su didesniais chloroplastais didesniam surinkimo plotui ir didesnį elektrodą, kuris galėtų sugauti daugiau elektronų. Ryu sakė, kad turėdami ilgesnio augalo augalus ir geriau rinkdami, jie galėtų išplėsti procesą. Ryu dabar yra Yonsei universiteto Seule, Pietų Korėjoje, profesorius.