Elektrisk energi från växter - gröna kraftverk

Den direkta omvandlingen av ljusenergi till elektrisk energi ligger till grund för driften av generatorer som innehåller klorofyll. Klorofyll kan ge och fästa elektroner när de utsätts för ljus.

1972 framställde M. Calvin idén att skapa en solcell, där klorofyll skulle fungera som en elektrisk strömkälla, som kan ta bort elektroner från vissa specifika ämnen under belysning och överföra dem till andra.

Calvin använde zinkoxid som ledare i kontakt med klorofyll. När man belyser detta system uppträdde en elektrisk ström med en densitet på 0,1 mikroamper per kvadratcentimeter i det.

Denna fotocell fungerade inte så länge, eftersom klorofyll snabbt förlorade sin förmåga att donera elektroner. För att förlänga fotocellens varaktighet användes en ytterligare elektronkälla, hydrokinon. I det nya systemet gav grönt pigment bort inte bara sina egna utan också hydrokinonelektronerna.

Beräkningar visar att en sådan fotocell på 10 kvadratmeter kan ha en effekt på cirka kilowatt.

Den japanska professorn Fujio Takahashi använde klorofyll extraherad från spenatblad för att generera elektricitet. Transistormottagaren till vilken solpanelen var ansluten fungerade framgångsrikt.

Dessutom forskas forskningen i Japan om omvandling av solenergi till elektrisk energi med cyanobakterier som odlas i ett näringsmedium. Ett tunt lager av dem appliceras på en transparent elektrode av zinkoxid och, tillsammans med motelektroden, nedsänkt i en buffertlösning. Om bakterierna nu är upplysta visas en elektrisk ström i kretsen.

År 1973 beskrev amerikanerna W. Stockenius och D. Osterhelt ett ovanligt protein från membranen hos violetta bakterier som lever i salt sjöarna i Kaliforniens öknar. Det kallades bakteriorhodopsin.

Det är intressant att notera att bakteriorhodopsin förekommer i membranen i halobakterier med brist på syre. Syrebrist i vattendrag uppstår vid intensiv utveckling av halobakterier.

Med hjälp av bakteriorhodopsin absorberar bakterier solens energi och kompenserar därmed för energiförlusterna som uppstår genom andningsstopp.

Bakteriorhodopsin kan isoleras från halobakterier genom att placera dessa saltälskande varelser som känns bra i en mättad lösning av natriumklorid i vatten. Omedelbart flyter de över med vatten och brister, medan innehållet blandas med miljön. Och bara membran som innehåller bakteriorhodopsin förstörs inte på grund av den starka "packningen" av pigmentmolekyler som bildar proteinkristaller (utan att veta strukturen, kallade forskare dem lila plack).

I dem kombineras bakteriorhodopsinmolekylerna till triader och triaderna till regelbundna hexagoner. Eftersom plack är betydligt större än alla andra halobakteriella komponenter, kan de enkelt isoleras genom centrifugering. Efter tvättning av centrifugen erhålls en klibbig massa av violett färg. 75 procent av det består av bakteriorhodopsin och 25 procent av fosfolipider som fyller mellanrummen mellan proteinmolekylerna.

Fosfolipider är fettmolekyler i kombination med fosforsyrarester. Det finns inga andra substanser i centrifugen, vilket skapar gynnsamma förhållanden för experiment med bakteriorhodopsin.

Dessutom är denna komplexa förening mycket resistent mot miljöfaktorer. Den förlorar inte aktiviteten när den värms upp till 100 ° C och kan förvaras i kylskåp under flera år. Bakteriorhodopsin är resistent mot syror och olika oxidationsmedel.

Anledningen till dess höga stabilitet beror på det faktum att dessa halobakterier lever under extremt hårda förhållanden - i mättade saltlösningar, som i själva verket är vattnen i vissa sjöar i området för öknar som bränns av tropisk värme.

I en så extremt salt och överhettad miljö kan organismer som har vanliga membran inte existera. Detta faktum är av stort intresse i samband med möjligheten att använda bakteriorhodopsin som en transformator av ljusenergi till elektrisk energi.

Om bakteriorhodopsin som fälls ut under påverkan av kalciumjoner tänds, med hjälp av en voltmeter är det möjligt att upptäcka närvaron av en elektrisk potential på membranen. Om du stänger av ljuset försvinner det. Således har forskare bevisat att bakteriorhodopsin kan fungera som en elektrisk strömgenerator.

I laboratoriet hos den berömda forskaren, specialist inom området bioenergi V.P. Skulachev, studerades noggrant processen för att införliva bakteriorhodopsin i ett plant membran och villkoren för dess funktion som en ljusberoende elektrisk strömgenerator.

Senare, i samma laboratorium, skapades elektriska element där proteingeneratorer med elektrisk ström användes. Dessa element hade membranfilter impregnerade med fosfolipider med bakteriorhodopsin och klorofyll. Forskare tror att liknande filter med proteingeneratorer, anslutna i serie, kan fungera som ett elektriskt batteri.

Forskning om användning av proteingeneratorer i V.P. Skulachevs laboratorium väckte forskarnas nära uppmärksamhet. Vid University of California skapade de samma batteri, som, när den användes i en och en halv timme, fick lampan att glöda.

De experimentella resultaten ger hopp om att fotoceller baserade på bakteriorhodopsin och klorofyll kommer att användas som generatorer av elektrisk energi. Experimenten som genomförs är det första steget i skapandet av nya typer av fotovoltaiska och bränsleceller som kan transformera ljusenergi med stor effektivitet.

Se även: Andra alternativa energikällor