Kasvien sähköenergia - vihreät voimalaitokset

Valoenergian suora muuttuminen sähköenergiaksi perustuu klorofylliä sisältävien generaattoreiden toimintaan. Klorofylli voi antaa ja kiinnittää elektroneja valolle altistettuna.

Vuonna 1972 M. Calvin esitti ajatuksen aurinkokennon luomisesta, jossa klorofylli toimisi sähkövirran lähteenä ja pystyy poistamaan elektronit tietyistä erityisistä aineista ja siirtämään ne muille valaistuksessa.

Calvin käytti sinkkioksidia johtimena kosketuksessa klorofyllin kanssa. Kun valaistut tätä järjestelmää, siihen ilmestyi sähkövirta, jonka tiheys oli 0,1 mikroampeeria neliö senttimetriä kohti.

Tämä valokenno ei toiminut pitkään, koska klorofylli menetti nopeasti kykynsä luovuttaa elektroneja. Valokennon keston pidentämiseksi käytettiin ylimääräistä elektronilähdettä, hydrokinonia. Uudessa järjestelmässä vihreä pigmentti antoi omiensa lisäksi myös hydrokinonielektroneja.

Laskelmat osoittavat, että sellaisen 10 neliömetrin valokennon teho voi olla noin kilowattia.

Japanilainen professori Fujio Takahashi käytti pinaatinlehdistä uutettua klorofylliä sähkön tuottamiseen. Transistorivastaanotin, johon aurinkopaneeli oli kytketty, toimi onnistuneesti.

Lisäksi Japanissa tehdään tutkimusta aurinkoenergian muuntamisesta sähköenergiaksi käyttämällä ravintoalustassa kasvatettuja sinileviä. Ohut kerros niistä levitetään sinkkioksidin läpinäkyvälle elektrodille ja upotetaan yhdessä vastaelektrodin kanssa puskuriliuokseen. Jos bakteerit valaisevat nyt, piiriin ilmestyy sähkövirta.

Amerikkalaiset W. Stockenius ja D. Osterhelt kuvasivat vuonna 1973 epätavallisen proteiinin purppuraisten bakteerien kalvoista, jotka elävät Kalifornian aavikkojen suolajärvissä. Sitä kutsuttiin bakteerimodopsiiniksi.

On mielenkiintoista huomata, että bakteerimodopsiini esiintyy halobakteerien kalvoissa hapen puutteen kanssa. Happipuutosta vesistöissä esiintyy, jos halobakteerit kehittyvät intensiivisesti.

Bakterimodopsiinia käyttämällä bakteerit absorboivat auringon energiaa, mikä kompensoi hengityksen lopettamisesta johtuvaa energiavajetta.

Bakterimodopsiini voidaan eristää halobakteereista asettamalla nämä suolaa rakastavat olennot, jotka tuntevat olonsa hyvin natriumkloridin kyllästetyssä vesiliuoksessa. Välittömästi ne ylittyvät vedellä ja purskahtavat samalla, kun niiden sisältö sekoittuu ympäristöön. Ja vain bakteerimodopsiinia sisältäviä kalvoja ei tuhoa proteiinikiteitä muodostavien pigmenttimolekyylien voimakkaan "pakkaamisen" takia (tietämättä rakennetta, tutkijat kutsuivat niitä purppuran plakkiksi).

Niissä bakteerimodopsiinimolekyylit yhdistetään kolmoiksi ja kolmikot säännöllisiksi kuusikulmioiksi. Koska plakit ovat huomattavasti suurempia kuin kaikki muut halobakteerikomponentit, ne voidaan eristää helposti sentrifugoimalla. Sentrifugin pesun jälkeen saadaan tahnamainen violetinvärinen massa. 75 prosenttia siitä koostuu bakteerimodopsiinista ja 25 prosenttia fosfolipideistä, jotka täyttävät aukot proteiinimolekyylien välillä.

Fosfolipidit ovat rasvamolekyylejä yhdessä fosforihappotähteiden kanssa. Sentrifugissa ei ole muita aineita, mikä luo suotuisat olosuhteet kokeilleen bakteeritodopsiinia.

Lisäksi tämä monimutkainen yhdiste on erittäin kestävä ympäristötekijöille. Se ei menetä aktiivisuutta, kun sitä kuumennetaan 100 ° C: seen, ja sitä voidaan säilyttää jääkaapissa vuosia. Bakterimodopsiini on resistentti hapoille ja erilaisille hapettimille.

Syynä sen korkeaan stabiilisuuteen johtuu siitä, että nämä halobakteerit elävät erittäin vaikeissa olosuhteissa - tyydyttyneissä suolaliuoksissa, jotka ovat pohjimmiltaan joidenkin järvien vesiä trooppisen lämmön palamissa aavikoissa.

Tällaisessa erittäin suolaisessa ja ylikuumentuneessa ympäristössä organismeja, joilla on tavalliset kalvot, ei voi esiintyä. Tämä tosiasia on erittäin mielenkiintoinen yhteydessä mahdollisuuteen käyttää bakteriomodopsiinia valoenergian muuntajana sähköenergiaksi.

Jos kalsiumionien vaikutuksesta saostunut bakteerimodopsiini palaa, niin volttimittarilla on mahdollista havaita kalvojen sähköpotentiaali. Jos sammutat valon, se katoaa. Siksi tutkijat ovat osoittaneet, että bakteerimodopsiini voi toimia sähkövirran generaattorina.

Kuuluisen tiedemiehen, bioenergian alan asiantuntijan V. P. Skulachevin laboratoriossa tutkittiin huolellisesti bakteriofododiinin sisällyttämistä litteään kalvoon ja olosuhteita sen toimimiseksi valosta riippuvaisena sähkövirran generaattorina.

Myöhemmin samassa laboratoriossa luotiin sähköelementtejä, joissa käytettiin sähkövirran proteiinigeneraattoreita. Näissä elementeissä oli membraanisuodattimia, jotka oli kyllästetty fosfolipideillä bakteriofodopsiinillä ja klorofyllillä. Tutkijoiden mielestä samanlaiset suodattimet, joissa on proteiinigeneraattoreita, kytkettynä sarjaan, voivat toimia sähköakuna.

Tutkimus proteiinigeneraattoreiden käytöstä V. P. Skulachevin laboratoriossa herätti tutkijoiden huomion. Kalifornian yliopistossa he tekivät saman pariston, joka puolitoista tuntia käytettynä sai lampun hehkuvaksi.

Koetulokset antavat toivoa, että bakterododopsiiniin ja klorofylliin perustuvia valokuvakennoja käytetään sähköenergian tuottajina. Suoritetut kokeet ovat ensimmäinen vaihe uuden tyyppisten aurinkosähkö- ja polttokennojen luomisessa, jotka kykenevät muuttamaan valoenergiaa erittäin tehokkaasti.

Katso myös: Muut vaihtoehtoiset energialähteet