Energie electrică din centrale - centrale electrice verzi

Transformarea directă a energiei luminoase în energie electrică stă la baza funcționării generatoarelor care conțin clorofilă. Clorofila poate da și atașa electroni atunci când este expusă la lumină.

În 1972, M. Calvin a propus ideea creării unei celule solare, în care clorofila să servească drept sursă de curent electric, capabilă să scoată electronii din anumite substanțe specifice sub iluminare și să le transfere altora.

Calvin a folosit oxid de zinc ca conductor în contact cu clorofila. La iluminarea acestui sistem, a apărut în el un curent electric cu o densitate de 0,1 microampere pe centimetru pătrat.

Această fotocelă nu a funcționat mult timp, deoarece clorofila și-a pierdut rapid capacitatea de a dona electroni. Pentru a extinde durata fotocelului, a fost utilizată o sursă suplimentară de electroni, hidrochinona. În noul sistem, pigmentul verde a cedat nu numai proprii, ci și electronii hidrochinonei.

Calculele arată că o astfel de fotocelă de 10 metri pătrați poate avea o putere de aproximativ kilowati.

Profesorul japonez Fujio Takahashi a folosit clorofila extrasă din frunzele de spanac pentru a genera electricitate. Receptorul tranzistorului la care a fost conectat panoul solar a funcționat cu succes.

În plus, sunt realizate studii în Japonia pentru a converti energia solară în energie electrică folosind cianobacterii cultivate într-un mediu nutritiv. Un strat subțire din acestea este aplicat pe un electrod transparent de oxid de zinc și, împreună cu electrodul contra, este scufundat într-o soluție tampon. Dacă acum bacteriile sunt iluminate, în circuit va apărea un curent electric.

În 1973, americanii W. Stockenius și D. Osterhelt au descris o proteină neobișnuită din membranele bacteriilor violete care trăiesc în lacurile sărate din deșerturile din California. Se numea bacteriorhodopsină.

Este interesant de remarcat faptul că bacteriorhodopsina apare în membranele halobacteriei cu lipsa de oxigen. Deficitul de oxigen în corpurile de apă apare în cazul dezvoltării intense a halobacteriei.

Cu ajutorul bacteriorhodopsinei, bacteriile absorb energia Soarelui, compensând astfel deficitul de energie rezultat din încetarea respirației.

Bacteriorhodopsina poate fi izolată de halobacterii prin plasarea acestor creaturi iubitoare de sare care se simt excelent într-o soluție saturată de clorură de sodiu în apă. Imediat se revărsă cu apă și izbucnesc, în timp ce conținutul lor este amestecat cu mediul înconjurător. Și numai membranele care conțin bacteriorhodopsină nu sunt distruse din cauza „ambalării” puternice a moleculelor de pigment care formează cristale de proteine ​​(fără să știe structura, oamenii de știință le-au numit plăci purpurii).

În ele, moleculele de bacteriorhodopsină sunt combinate în triade, iar triadele în hexagoane obișnuite. Deoarece plăcile sunt semnificativ mai mari decât toate celelalte componente halobacteriene, ele pot fi ușor izolate prin centrifugare. După spălarea centrifugei, se obține o masă pastoasă de culoare violetă. 75 la sută din aceasta constă din bacteriorodopsină și 25 la sută din fosfolipide care umplu golurile dintre moleculele proteice.

Fosfolipidele sunt molecule de grăsime în combinație cu resturile de acid fosforic. Nu există alte substanțe în centrifugă, ceea ce creează condiții favorabile pentru experimentarea cu bacteriorhodopsină.

În plus, acest compus complex este foarte rezistent la factorii de mediu. Nu pierde activitatea atunci când este încălzit la 100 ° C și poate fi păstrat la frigider ani de zile. Bacteriorhodopsina este rezistentă la acizi și diverși agenți de oxidare.

Motivul stabilității sale ridicate se datorează faptului că aceste halobacterii trăiesc în condiții extrem de dure - în soluții saline saturate, care, în esență, sunt apele unor lacuri din zona deșerturilor arse de căldura tropicală.

Într-un mediu extrem de sărat și, de asemenea, supraîncălzit, organismele care au membrane obișnuite nu pot exista. Acest fapt prezintă un mare interes în legătură cu posibilitatea utilizării bacteriorhodopsinei ca transformator de energie lumină în energie electrică.

Dacă bacteriorhodopsina precipită sub influența ionilor de calciu este iluminată, atunci folosind un voltmetru este posibil să detectăm prezența unui potențial electric pe membrane. Dacă stingeți lumina, aceasta dispare. Astfel, oamenii de știință au dovedit că bacteriorhodopsina poate funcționa ca un generator de curent electric.

În laboratorul faimosului om de știință, specialist în domeniul bioenergiei V.P. Skulachev, a fost studiat cu atenție procesul de încorporare a bacteriori-rodopsinei într-o membrană plană și condițiile pentru funcționarea sa ca generator de curent electric dependent de lumină.

Ulterior, în același laborator, au fost create elemente electrice în care s-au folosit generatoare de proteine ​​de curent electric. Aceste elemente aveau filtre de membrană impregnate cu fosfolipide cu bacteriorodopsină și clorofilă. Oamenii de știință cred că filtrele similare cu generatoare de proteine, conectate în serie, pot servi ca baterie electrică.

Cercetările privind utilizarea generatorilor de proteine ​​în laboratorul V. P. Skulachev au atras atenția oamenilor de știință. La Universitatea din California, au creat aceeași baterie, care, atunci când a fost folosită timp de o oră și jumătate, a făcut ca becul să strălucească.

Rezultatele experimentale dau speranța că celulele foto bazate pe bacteriorhodopsină și clorofilă vor fi utilizate ca generatoare de energie electrică. Experimentele efectuate sunt prima etapă în crearea de noi tipuri de celule fotovoltaice și combustibile capabile să transforme energia lumină cu o eficiență deosebită.

Vezi și: Alte surse alternative de energie