Tenaga elektrik dari tumbuh-tumbuhan - loji janakuasa hijau

Transformasi langsung tenaga cahaya ke dalam tenaga elektrik mendasari operasi penjana yang mengandungi klorofil. Chlorophyll boleh memberi dan memasang elektron apabila terdedah kepada cahaya.

Pada tahun 1972, M. Calvin mengemukakan idea mewujudkan sel suria, di mana klorofil akan berfungsi sebagai sumber arus elektrik, yang mampu mengambil elektron daripada bahan tertentu di bawah pencahayaan dan memindahkannya kepada orang lain.

Calvin menggunakan zink oksida sebagai konduktor yang bersentuhan dengan klorofil. Apabila menerangi sistem ini, arus elektrik dengan kepadatan 0.1 microamperes per centimeter persegi muncul di dalamnya.

Fotokel ini tidak berfungsi dengan lama, kerana klorofil dengan cepat kehilangan keupayaannya menderma elektron. Untuk melanjutkan tempoh fotosel, sumber elektron tambahan, hydroquinone digunakan. Dalam sistem baru, pigmen hijau tidak hanya menyumbang, tetapi juga elektron hidrokuinon.

Pengiraan menunjukkan bahawa photocell 10 meter persegi itu boleh mempunyai kuasa kira-kira kilowatt.

Profesor Jepun Fujio Takahashi menggunakan klorofil yang diekstrak daripada daun bayam untuk menghasilkan tenaga elektrik. Penerima transistor yang mana panel solar disambungkan berjaya.

Di samping itu, penyelidikan sedang dijalankan di Jepun mengenai penukaran tenaga solar kepada tenaga elektrik menggunakan cyanobacteria yang ditanam dalam medium nutrien. Lapisan nipis digunakan untuk elektrod zink oksida dan, bersama-sama dengan elektrod kaunter, direndam dalam larutan penampan. Sekiranya bakteria kini diterangi, arus elektrik akan muncul di litar.

Pada tahun 1973, Amerika Syarikat W. Stockenius dan D. Osterhelt menyifatkan protein yang luar biasa daripada membran bakteria violet yang tinggal di tasik garam di padang pasir California. Ia dipanggil bacteriorhodopsin.

Sangat menarik untuk diketahui bahawa bacteriorhodopsin muncul dalam membran halobakteria dengan kekurangan oksigen. Kekurangan oksigen dalam badan air berlaku dalam hal pembangunan intensif halobakteria.

Dengan bantuan bacteriorhodopsin, bakteria menyerap tenaga Matahari, dengan itu mengimbangi defisit tenaga yang terhasil daripada pemberhentian pernafasan.

Bacteriorhodopsin boleh diasingkan dari halobakteria dengan meletakkan makhluk-makhluk yang menyukai garam yang berasa hebat dalam larutan natrium klorida dalam air. Segera mereka melimpah dengan air dan pecah, sementara kandungannya bercampur dengan alam sekitar. Dan hanya membran yang mengandungi bacteriorhodopsin tidak dimusnahkan kerana "pembungkusan" molekul pigmen yang kuat yang membentuk kristal protein (tanpa mengetahui struktur, ahli sains memanggil mereka plak ungu).

Di dalamnya, molekul bacteriorhodopsin digabungkan menjadi triad, dan triad menjadi heksagon biasa. Oleh kerana plak adalah jauh lebih besar daripada semua komponen halobakteria yang lain, ia boleh dengan mudah diasingkan dengan sentrifugasi. Setelah membasahkan centrifuge, jisim warna merah jambu yang diperolehi diperolehi. 75 peratus daripadanya terdiri daripada bacteriorhodopsin dan 25 peratus daripada fosfolipid yang mengisi jurang antara molekul protein.

Phospholipid adalah molekul lemak yang digabungkan dengan residu asid fosforik. Tidak ada bahan lain di centrifuge, yang mewujudkan keadaan yang baik untuk bereksperimen dengan bakterododonin.

Di samping itu, kompleks kompleks ini sangat tahan terhadap faktor persekitaran. Ia tidak kehilangan aktiviti apabila dipanaskan hingga 100 ° C dan boleh disimpan di dalam peti sejuk selama bertahun-tahun. Bacteriorhodopsin tahan kepada asid dan pelbagai agen pengoksidaan.

Sebab untuk kestabilannya yang tinggi adalah kerana halobakteria ini hidup dalam keadaan yang amat teruk - dalam larutan garam tepu, yang pada dasarnya adalah perairan beberapa tasik di zon panas tropika yang sepi.

Dalam persekitaran yang sangat masin, dan juga terlalu panas, organisma yang mempunyai membran biasa tidak boleh wujud. Fakta ini sangat menarik berkaitan dengan kemungkinan menggunakan bakterododin sebagai pengubah tenaga cahaya menjadi tenaga elektrik.

Sekiranya bacteriorhodopsin diendapkan di bawah pengaruh ion kalsium diterangi, maka menggunakan voltmeter adalah mungkin untuk mengesan kehadiran potensi elektrik pada membran. Sekiranya anda mematikan lampu, ia hilang. Oleh itu, saintis telah membuktikan bahawa bakterodododin dapat berfungsi sebagai penjana arus elektrik.

Di makmal saintis terkenal, pakar dalam bidang bioenergi V.P. Skulachev, proses memasukkan bakterododin ke dalam membran rata dan syarat-syarat untuk berfungsi sebagai penjana arus elektrik yang bergantung pada cahaya telah dikaji dengan teliti.

Kemudian, di makmal yang sama, elemen elektrik dicipta di mana penjana protein arus elektrik digunakan. Unsur-unsur ini mempunyai penapis membran yang diresapi dengan fosfolipid dengan bacteriorhodopsin dan klorofil. Para saintis percaya bahawa penapis yang sama dengan penjana protein, yang disambungkan secara bersiri, boleh berfungsi sebagai bateri elektrik.

Penyelidikan mengenai penggunaan penjana protein di makmal V.P. Skulachev menarik perhatian para saintis. Di University of California, mereka mencipta bateri yang sama, yang, apabila digunakan selama satu jam setengah, membuat cahaya mentol cahaya.

Hasil percobaan memberi harapan bahwa sel foto berdasarkan bakterododin dan klorofil akan digunakan sebagai penjana tenaga elektrik. Eksperimen yang dilakukan adalah peringkat pertama dalam penciptaan jenis baru sel fotovoltaik dan bahan bakar yang mampu mengubah tenaga cahaya dengan kecekapan yang besar.

Lihat juga: Sumber tenaga alternatif lain