Vědci klepají na elektrický proud vycházející z rostlin

Všechny Novinky

algae-jim-conrad.jpgV první elektrizující fázi by nový výzkum mohl vést k výrobě elektřiny, která neuvolňuje uhlík do atmosféry. Stanfordští vědci se zapojili do buněk řas a využili malý elektrický proud u samotného zdroje výroby energie - fotosyntézy. Vědci tvrdí, že využití metody přeměny slunečního záření na chemickou energii může být prvním krokem k vytvoření vysoce účinné bioelektřiny, která nedává oxid uhličitý jako vedlejší produkt.

'Věříme, že jsme první, kdo extrahuje elektrony z živých rostlinných buněk,' řekl WonHyoung Ryu, hlavní autor článku publikovaného v březnu výzkumníky strojírenství.


Výzkumný tým ve Stanfordu vyvinul jedinečnou, ultraostrou nanoelektrodu ze zlata, speciálně navrženou pro sondování uvnitř buněk. Jemně ho protlačili membránami buněčných řas, které se kolem něj utěsnily. Z fotosyntetizujících buněk sbírala elektroda elektrony, které byly napájeny světlem a vědci generovali malý elektrický proud.

Počáteční fáze výzkumu

'Jsme stále ve vědecké fázi výzkumu,' řekl Ryu. 'Měli jsme co do činění s jednotlivými buňkami, abychom dokázali, že můžeme sklízet elektrony.'

Rostliny používají fotosyntézu k přeměně světelné energie na chemickou energii, která je uložena ve vazbách cukrů, které používají k jídlu. Proces probíhá v chloroplastech, buněčných elektrárnách, které vyrábějí cukry a dávají listům a řasám zelenou barvu. V chloroplastech se voda štěpí na kyslík, protony a elektrony. Sluneční světlo proniká do chloroplastů a potlačuje elektrony na vysokou energetickou hladinu a protein je okamžitě popadne. Elektrony jsou předávány řadou proteinů, které postupně zachycují stále více a více energie elektronů k syntéze cukrů, dokud veškerá energie elektronů není spotřebována.


V tomto experimentu vědci zachytili elektrony těsně poté, co byly excitovány světlem a byly na svých nejvyšších energetických úrovních. Umístili zlaté elektrody do chloroplastů buněk řas a odčerpali elektrony, aby generovaly malý elektrický proud.

Výsledkem je podle vědců výroba elektřiny, která neuvolňuje uhlík do atmosféry. Jedinými vedlejšími produkty fotosyntézy jsou protony a kyslík.


'Toto je potenciálně jeden z nejčistších zdrojů energie pro výrobu energie,' řekl Ryu. 'Otázka však zní, je to ekonomicky proveditelné?'

Malé množství elektřiny

Ryu řekl, že byli schopni čerpat z každého článku jen jeden pikoampér, což je množství elektřiny tak malé, že by potřebovali bilion buněk fotosyntetizujících jednu hodinu, aby se rovnalo množství energie uložené v AA baterii. Kromě toho buňky po hodině umírají. Ryu řekl, že drobné úniky v membráně kolem elektrody mohou buňky zabíjet, nebo mohou umírat, protože ztrácejí energii, kterou by normálně použili pro vlastní životní procesy. Jedním z dalších kroků by bylo vyladit design elektrody, aby se prodloužila životnost článku, řekl Ryu.

Sklizeň elektronů tímto způsobem by byla efektivnější než spalování biopaliv, protože většina rostlin spalujících palivo nakonec skladuje pouze asi 3 až 6 procent dostupné sluneční energie, uvedl Ryu. Jeho proces obchází potřebu spalování, které využívá pouze část uložené energie rostliny. Sklizeň elektronů v této studii byla asi 20 procent efektivní. Ryu uvedl, že teoreticky může jednoho dne dosáhnout 100 procentní účinnosti. (Fotovoltaické solární články jsou v současné době asi 20 až 40 procent účinné.)


Možnými dalšími kroky by bylo použití rostliny s většími chloroplasty pro větší sběrnou plochu a větší elektrody, která by mohla zachytit více elektronů. Díky rostlině s delší životností a lepším sběratelským schopnostem mohli tento proces rozšířit, řekla Ryu. Ryu je nyní profesorem na Yonsei University v jihokorejském Soulu.