Elektrische Energie aus Anlagen - grüne Kraftwerke

Die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie liegt dem Betrieb von Chlorophyll enthaltenden Generatoren zugrunde. Chlorophyll kann unter Lichteinwirkung Elektronen abgeben und anhaften.

1972 brachte M. Calvin die Idee auf, eine Solarzelle zu schaffen, in der Chlorophyll als elektrische Stromquelle dient, um Elektronen von bestimmten Substanzen unter Beleuchtung zu entfernen und auf andere zu übertragen.

Calvin verwendete Zinkoxid als Leiter in Kontakt mit Chlorophyll. Bei der Beleuchtung dieses Systems trat ein elektrischer Strom mit einer Dichte von 0,1 Mikroampere pro Quadratzentimeter auf.

Diese Fotozelle funktionierte nicht lange, da Chlorophyll schnell seine Fähigkeit verlor, Elektronen abzugeben. Um die Dauer der Fotozelle zu verlängern, wurde eine zusätzliche Elektronenquelle, Hydrochinon, verwendet. In dem neuen System gab grünes Pigment nicht nur seine eigenen, sondern auch die Hydrochinonelektronen ab.

Berechnungen zeigen, dass eine solche 10 Quadratmeter große Fotozelle eine Leistung von etwa Kilowatt haben kann.

Der japanische Professor Fujio Takahashi verwendete Chlorophyll aus Spinatblättern zur Stromerzeugung. Der Transistorempfänger, an den das Solarpanel angeschlossen war, funktionierte erfolgreich.

Darüber hinaus laufen in Japan Studien zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie unter Verwendung von Cyanobakterien, die in einem Nährmedium gezüchtet werden. Eine dünne Schicht davon wird auf eine transparente Elektrode aus Zinkoxid aufgebracht und zusammen mit der Gegenelektrode in eine Pufferlösung getaucht. Wenn die Bakterien jetzt beleuchtet sind, erscheint ein elektrischer Strom im Stromkreis.

1973 beschrieben die Amerikaner W. Stockenius und D. Osterhelt ein ungewöhnliches Protein aus den Membranen violetter Bakterien, die in den Salzseen der kalifornischen Wüsten leben. Es wurde Bakteriorhodopsin genannt.

Es ist interessant festzustellen, dass Bakteriorhodopsin in den Membranen von Halobakterien mit Sauerstoffmangel vorkommt. Ein Sauerstoffmangel in Gewässern tritt bei intensiver Entwicklung von Halobakterien auf.

Mit Bakteriorhodopsin absorbieren Bakterien die Energie der Sonne und gleichen so das Energiedefizit aus, das sich aus der Unterbrechung der Atmung ergibt.

Bacteriorhodopsin kann aus Halobakterien isoliert werden, indem diese salzliebenden Kreaturen, die sich gut anfühlen, in eine gesättigte Lösung von Natriumchlorid in Wasser gegeben werden. Sofort laufen sie mit Wasser über und platzen, während sich ihr Inhalt mit der Umgebung vermischt. Und nur Membranen, die Bakteriorhodopsin enthalten, werden durch die starke „Packung“ von Pigmentmolekülen, die Proteinkristalle bilden, nicht zerstört (ohne die Struktur zu kennen, nannten die Wissenschaftler sie lila Plaques).

In ihnen werden die Bakteriorhodopsinmoleküle zu Triaden und die Triaden zu regelmäßigen Sechsecken kombiniert. Da Plaques signifikant größer sind als alle anderen halobakteriellen Komponenten, können sie leicht durch Zentrifugation isoliert werden. Nach dem Waschen der Zentrifuge wird eine pastöse Masse von violetter Farbe erhalten. 75 Prozent davon bestehen aus Bakteriorhodopsin und 25 Prozent aus Phospholipiden, die die Lücken zwischen den Proteinmolekülen füllen.

Phospholipide sind Fettmoleküle in Kombination mit Phosphorsäureresten. Es gibt keine anderen Substanzen in der Zentrifuge, was günstige Bedingungen für Experimente mit Bakteriorhodopsin schafft.

Darüber hinaus ist diese komplexe Verbindung sehr widerstandsfähig gegen Umweltfaktoren. Beim Erhitzen auf 100 ° C verliert es nicht an Aktivität und kann jahrelang im Kühlschrank aufbewahrt werden. Bacteriorhodopsin ist resistent gegen Säuren und verschiedene Oxidationsmittel.

Der Grund für die hohe Stabilität liegt in der Tatsache, dass diese Halobakterien unter extrem rauen Bedingungen leben - in gesättigten Salzlösungen, die im Wesentlichen das Wasser einiger Seen im Bereich der von tropischer Hitze verbrannten Wüsten sind.

In solch einer extrem salzigen und auch überhitzten Umgebung können Organismen mit gewöhnlichen Membranen nicht existieren. Diese Tatsache ist von großem Interesse im Zusammenhang mit der Möglichkeit, Bakteriorhodopsin als Transformator von Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln.

Wenn unter dem Einfluss von Calciumionen ausgefälltes Bakteriorhodopsin beleuchtet wird, kann mit einem Voltmeter das Vorhandensein eines elektrischen Potentials auf den Membranen festgestellt werden. Wenn Sie das Licht ausschalten, verschwindet es. So haben Wissenschaftler nachgewiesen, dass Bakteriorhodopsin als elektrischer Stromgenerator fungieren kann.

Im Labor des berühmten Wissenschaftlers, Spezialisten auf dem Gebiet der Bioenergie V. P. Skulachev, wurden der Prozess des Einbaus von Bakteriorhodopsin in eine flache Membran und die Bedingungen für seine Funktion als lichtabhängiger Stromgenerator sorgfältig untersucht.

Später wurden im selben Labor elektrische Elemente erzeugt, in denen Proteingeneratoren für elektrischen Strom verwendet wurden. Diese Elemente hatten Membranfilter, die mit Phospholipiden mit Bakteriorhodopsin und Chlorophyll imprägniert waren. Wissenschaftler glauben, dass ähnliche Filter mit in Reihe geschalteten Proteingeneratoren als elektrische Batterie dienen können.

Die Forschung zur Verwendung von Proteingeneratoren im Labor von V. P. Skulachev erregte die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler. An der University of California wurde dieselbe Batterie hergestellt, die bei anderthalb Stunden Verwendung die Glühbirne zum Leuchten brachte.

Die experimentellen Ergebnisse geben Hoffnung, dass Fotozellen auf der Basis von Bakteriorhodopsin und Chlorophyll als Generatoren elektrischer Energie verwendet werden. Die durchgeführten Experimente sind die erste Stufe bei der Schaffung neuer Arten von Photovoltaik- und Brennstoffzellen, die Lichtenergie mit hoher Effizienz umwandeln können.

Siehe auch: Andere alternative Energiequellen