Несмотря на возросшую популярность солнечных и ветровых электростанций, современная зеленая энергетика далека от идеала. В том числе, кремниевые солнечные панели имеют ряд недостатков. Однако, по мнению ученых, мир возможно, находится на пороге новой эры в производстве солнечной энергии. Все благодаря тому, что на смену традиционным панелям могут прийти батареи, в которых энергию будут генерировать бактерии, способные преобразовывать солнечный свет в электричество. Их использование позволит не только повысить экологичность и эффективность энергосистем, но также помочь в борьбе с изменением климата.
Ученые предложили технологию, которая позволит заменить традиционные солнечные панели на более эффективные батареи. Источник: mywatt.ru
Солнечные бактерии на основе живых бактерий
Солнце — это естественный источник колоссальной энергии, которая доступна на Земле. Однако эффективных методов преобразования ее в электричество пока нет. Ученые работают над тем, чтобы повысить эффективность существующих панелей, планируют запустить электростанцию в космос, а также разрабатывают другие технологии. Одним из таких направлений является биофотовольтаика (BPV).
Это инновационная технология, объединяющая биологию и электронику. Основу таких систем составляют фотосинтезирующие микроорганизмы, которые, подобно растениям, используют солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа в кислород и энергию.
Микроскопический организм, о котором идет речь, известен как Synechocystis. Эти цианобактерии в течение миллиардов лет оттачивали способность эффективно улавливать солнечную энергию. Расщепляя с ее помощью молекулы воды, они генерируют электроны, что позволяет использовать их для генерации электричества.
Преимущества биологических панелей
В отличие от кремниевых солнечных батарей, биологические системы обладают рядом уникальных свойств. Прежде всего, “живые” панели способны «самосборке», «саморемонту» и поддержанию своей работы без внешнего вмешательства. Еще один большой их плюс заключается в том, что бактерии одновременно вырабатывают энергию и поглощают углекислый газ из атмосферы, что делает их двойным инструментом. Поэтому, помимо генерации электричества, они могут помогать в борьбе с изменением климата.
Бактерии Synechocystis способны преобразовывать энергию Солнца в электричество. Источник: inaturalist.nz
Как бактерии превращают свет в энергию
Исследователи из Лейпцигского Центра экологических исследований (Helmholtz Centre for Environmental Research) подробно изучили механизм работы цианобактерий. Во время фотосинтеза организмы расщепляют воду на кислород, протоны и электроны. Затем эти электроны переносятся через внутреннюю структуру клетки, пока не достигают электрода, где их можно «собрать» для создания электрического тока.
Для улучшения этого процесса ученые добавили химическое вещество — феррицианид. Он действует как посредник, ускоряя передачу электронов от бактерий к электродам. Это позволило значительно повысить эффективность системы.
Исследование показало, что выработка электричества не влияет на биологические функции бактерий. Источник: protocols.io
Насколько эффективны батареи на основе бактерий
Одной из главных задач недавнего исследования, опубликованного в издании Environmental Science and Ecotechnology, было выяснить, влияет ли выработка энергии на биологические функции бактерий. Результаты эксперимента оказались впечатляющими. Бактерии продолжали расти и размножаться даже при постоянной выработке электричества.
Их способность поглощать углекислый газ и выделять кислород оставалась на прежнем уровне. То есть организмы адаптировались, перенаправляя лишние электроны, без ущерба для собственных нужд. Это открытие говорит о том, что “живые” солнечные панели могут функционировать без нарушения естественных биологических процессов. А значит батареи на их основе, теоретически, могут работать вечно. Ведь старые микроорганизмы будут всегда заменяться молодыми.
Почему технологию нельзя использовать прямо сейчас
Несмотря на все преимущества BPV-технологий, ученые признают, что на сегодняшний день их мощность все еще уступает традиционным кремниевым панелям. Однако следует учитывать, что исследования проводились в лабораторных условиях с использованием одного вида бактерий.
Классические панели пока еще более эффективны, чем батареи на основе бактерий. Источник: lasolarfactory.com
Реальная эксплуатация может потребовать дальнейших экспериментов и адаптаций. Однако ученые видят огромный потенциал в данное технологии, и надеются, что в конечном итоге им удастся повысить эффективность выработки энергии. Если это действительно произойдет, солнечные панели на основе бактерий откроют новую страницу в истории возобновляемой энергетики.
В будущем биопанели могут стать важной частью глобальной энергетической инфраструктуры, помогая одновременно решать энергетические и экологические проблемы. Например, использование таких панелей в городах позволит одновременно очищать воздух от углекислого газа.
