Природные источники энергии, такие как солнечные и ветровые электростанции, становятся все более популярными, но современная зеленая энергетика все еще имеет свои недостатки. К примеру, кремниевые солнечные панели отличаются определёнными ограничениями. Тем не менее, по мнению исследователей, мир может быть на пороге значительных изменений в области солнечной энергетики. Ученые работают над батареями, где роль генераторов энергии выполняют бактерии, способные преобразовывать солнечный свет в электричество. Это не только повысит экологичность и эффективность энергосистем, но и будет способствовать борьбе с климатическими изменениями.
Учёные разработали технологию, позволяющую заменить традиционные солнечные панели на более эффективные батареи. Источник: mywatt.ru
Солнечные панели на основе живых организмов
Солнечный свет является огромным источником энергии на Земле, но до сих пор eficácia её преобразования в электричество остается невысокой. Ученые разрабатывают новые методы повышения эффективности существующих панелей, а также исследуют идеи создания солнечных электростанций в космосе и новые технологии. Один из таких проектов — биофотовольтаика (BPV).
Эта инновация совмещает в себе биологию и электронику, в её основе лежат фотосинтезирующие микроорганизмы, использующие солнечный свет для создания кислорода и энергии путем переработки воды и углекислого газа.
Цианобактерия Synechocystis является одним из таких организмов, которые на протяжении миллиардов лет совершенствовали свои способности улавливать солнечную энергию. Разлагая воду, они генерируют электроны, которые могут использоваться для выработки электричества.
Преимущества биологических солнечных панелей
В отличие от традиционных кремниевых систем, биологические панели обладают уникальными характеристиками. Они могут «самособираться» и «самоисправляться», сохраняя функциональность без необходимости вмешательства человека. Основное преимущество заключается в том, что бактерии не только вырабатывают электричество, но и поглощают углекислый газ, что делает их эффективным инструментом в борьбе с климатическими изменениями.
Бактерии Synechocystis способны преобразовывать солнечную энергию в электричество. Источник: inaturalist.nz
Как бактерии превращают солнечный свет в электричество
Учёные из Лейпцигского Центра экологических исследований изучили механизмы работы цианобактерий. Во время фотосинтеза они разбивают молекулы воды на кислород, протоны и электроны. Затем электроны передвигаются по клеточной структуре и достигают электрода, где их можно собрать для формирования электрического тока.
С целью повышения эффективности процесса исследования включили феррицианид — химическое вещество, способствующее ускорению передачи электронов от бактерий к электродам, что в значительной степени улучшает работу системы.
Исследования показывают, что выработка электричества не влияет на жизненные функции бактерий. Источник: protocols.io
Эффективность батарей на основе бактерий
Недавние исследования, проведенные в рамках проекта Environmental Science and Ecotechnology, ставили целью выяснить влияние выработки энергии на жизненные функции бактерий. Результаты показали поразительные успехи: организмы продолжали нормально развиваться и размножаться даже при постоянной генерации электроэнергии.
Их способность поглощать углекислый газ и выделять кислород осталась неизменной, что свидетельствует о том, что бактерии могут адаптироваться, перераспределяя избыточные электроны, не затрагивая при этом свои жизненные процессы. Это открытие указывает на то, что «живые» солнечные панели могут бесконечно функционировать, поскольку старые микроорганизмы постоянно заменяются новыми.
Перспективы и преграды новой технологии
Несмотря на очевидные преимущества технологий BPV, учёные отмечают, что их мощность пока всё еще далеко от традиционных кремниевых панелей. К тому же исследования проводились в лабораторных условиях и с использованием одного вида бактерий.
Классические солнечные панели всё ещё уступают батареям на основе бактерий по эффективности. Источник: lasolarfactory.com
Реальная эксплуатация потребует дальнейших исследований и адаптаций. Тем не менее, у ученых большие надежды на данную технологию, и они надеются добиться повышения её эффективности. Если это произойдет, солнечные панели на основе бактерий могут изменить нашу историю в области возобновляемой энергетики.
Перспективы использования биопанелей выглядят многообещающе — они могут стать важной частью энергетической инфраструктуры, одновременно решая проблемы экологии и энергетики. Например, такие панели, установленные в городах, помогут очищать воздух от углекислого газа.
