Lenkų mokslininkų idėja gali pakeisti energetiką: elektrą siūloma gaminti fotosintezės būdu

Ar augalai galėtų maitinti elektros prietaisus? Skamba kaip mokslinė fantastika, tačiau Varšuvos universiteto mokslininkai pristatė tyrimą, kuris gali iš esmės pakeisti požiūrį į žaliosios energijos gamybą. Tyrėjai sukūrė metodą, leidžiantį panaudoti fotosintezę elektros energijai generuoti – ir pirmieji rezultatai rodo, kad tokia technologija gali būti reali.

Mokslininkų tikslas – sukurti sistemą, kuri leistų paversti saulės šviesą elektros srove naudojant natūralius biologinius procesus, vykstančius augaluose ir dumbliuose.

Kaip fotosintezė gali tapti elektros šaltiniu

Fotosintezė vyksta augalų ir dumblių ląstelėse esančiuose chloroplastuose, kur saulės energija paverčiama cukrumi. Šis procesas iš vandens ir anglies dioksido sukuria organines molekules, kurios maitina augalus ir visą gyvybę Žemėje.

Varšuvos universiteto tyrėjai nusprendė sutelkti dėmesį į fotosistemą I (PSI) – baltymų kompleksą, kuris yra vienas svarbiausių fotosintezės elementų.

Šis nanoskopinis biologinis „mechanizmas“ sugeria šviesos fotonus ir inicijuoja kryptingą elektronų judėjimą, kuris iš esmės yra elektros srovė.

Pagrindinė problema – kaip kontroliuoti procesą

Nors augaluose šis procesas vyksta labai efektyviai, laboratorijoje mokslininkams ilgą laiką nepavyko jo stabiliai atkurti. Kai fotosistema I patenka ant elektrodų paviršiaus, baltymų struktūra išsidėsto atsitiktinai, todėl elektronų srautas tampa nestabilus.

Profesorei Joannai Kargul vadovaujanti tyrėjų komanda nusprendė išspręsti būtent šią problemą.

Grafenas padėjo padidinti efektyvumą tris kartus

Mokslininkai sukūrė metodą, leidžiantį kontroliuoti fotosistemos orientaciją ant grafeno paviršiaus. Jie pritvirtino genetiškai modifikuotas baltymų molekules prie grafeno elektrodų taip, kad jos būtų išdėstytos tinkama kryptimi.

Dėl šio sprendimo apie 40 procentų fotosistemų buvo išdėstytos optimaliai, o generuojamos elektros srovės efektyvumas padidėjo net tris kartus, palyginti su ankstesniais bandymais.

Naudotas ypatingas mikroskopinis dumblis

Eksperimente buvo naudojamas genetiškai modifikuotas ekstremofilinis dumblis Cyanidioschizon merolae. Jo fotosistema yra itin stabili ir gali veikti net už ląstelės ribų.

Šis organizmas pasirinktas neatsitiktinai – jo genomas labai mažas, todėl jis idealiai tinka genetinėms modifikacijoms ir laboratoriniams tyrimams.

Mokslininkams pavyko net vizualiai užfiksuoti momentą, kai baltymas grafeno paviršiuje sugeria šviesą ir generuoja elektronų srautą – vadinamąją „žaliąją srovę“.

Kodėl ši technologija gali būti svarbi Europai

Fotosintezės pagrindu kuriama energija gali tapti alternatyva tradicinėms saulės baterijoms. Nors silicio fotovoltinės technologijos šiandien dominuoja rinkoje, jų gamyba didžiąja dalimi sutelkta Kinijoje.

Pasak mokslininkų, Europa turi kurti savo alternatyvias energijos technologijas, o biologinė fotosintezė gali tapti vienu iš tokių sprendimų.

Ateityje – kuras ir bioplastikas

Tyrėjai pabrėžia, kad elektros generavimas iš fotosintezės yra tik pirmas žingsnis. Tokia energija galėtų būti panaudota dar plačiau.

Pavyzdžiui, ji galėtų būti naudojama anglies dioksidui paversti ekologišku kuru arba biologiškai skaidomu plastiku.

Jeigu ši technologija bus toliau vystoma ir pritaikyta pramonėje, fotosintezė ateityje gali tapti visiškai nauju žaliosios energijos šaltiniu, jungiančiu biologiją, nanotechnologijas ir energetiką.

Šaltinis: interia.pl