Учени използват жив организъм за генериране на енергия

Разработен е нов процес за генериране на електроенергия чрез използване на електроните, създавани от водорасли по време на фотосинтеза.

Изследователите от Университета "Конкордия" отбелязват, че тяхната система за генериране на енергия не произвежда никакви други емисии освен вода, като същевременно консумира въглерод от атмосферата като много други растения, което я прави дори по-добра от въглеродно неутралните методи, използвани за генериране на енергия.

Въпреки че устройството на изследователския екип - микрофотосинтетична енергийна клетка - понастоящем предлага много скромна мощност и съществува само в лабораторни условия, учените, които стоят зад създаването му, смятат, че бъдещите подобрения в дизайна, включително използването на изкуствен интелект, биха могли да увеличат способността на горивната клетка, захранвана от водорасли, да генерира енергия за приложения с ниска консумация на енергия, като например сензори за интернет на нещата с ниска мощност.

"Идеята на микрофотосинтетичната енергийна клетка е да извлича електрони, произведени в процеса на фотосинтеза", обяснява Киранкумар Курувинашети (Kirankumar Kuruvinashetti), докторант в Конкордия, а сега постдокторант в Университета в Калгари, в съобщение за пресата, в което се обявява работата на екипа. "При фотосинтезата се произвеждат кислород и електрони. Нашият модел улавя електроните, което ни позволява да генерираме електричество."

Използване на водорасли за производство на електроенергия и пречистване на околната среда

За да изпробват концепцията си за генериране на електроенергия от фотосинтезата на живи водорасли, Курувинашети и останалата част от изследователския екип на Конкордия решават да изградят специално изработена микрофотосинтетична енергийна клетка, която може да се възползва от електрогенериращата сила на водораслите. Това означава да се създаде двукамерна клетка, която да работи повече или по-малко като традиционна енергийна клетка. В техния проект едната камера ще съдържа катода на горивната клетка, а другата - анода на клетката. Между двете камери е поставена мембрана за обмен на протони с формата на пчелна пита, която улавя протоните, създадени от фотосинтезата.

Екипът изработва и чифт специализирани микроелектроди и поставя по един във всяка камера. Ако системата им работи правилно, тези електроди ще събират електроните, генерирани по време на процеса на фотосинтеза на водораслите, и след това ще ги преобразуват в използваема електрическа енергия.

Фигура 1 от публикуваното изследване "Micro Photosynthetic Power Cell Array for Energy Harvesting: Включени са: а) принципът на действие на системата; b) компонентите на µPSC; c) фотоизображение на изработената µPSC; d) физическите размери на µPSC.
"Подобно на хората, водораслите непрекъснато дишат - но те поемат въглероден диоксид и отделят кислород. Благодарение на техния механизъм за фотосинтеза, те също така освобождават електрони по време на дишането", обяснява докторантът и съавтор на статията Дилипан Панеерселвам (Dhilippan Panneerselvam). "Производството на електроенергия не спира. Електроните се събират непрекъснато."

След това изследователите напълват анодната камера с двумилиметров воден разтвор. След това катодната камера е напълнена с калиев ферицианид - вид електронен акцептор. Проба от живи водорасли също е поставена във всяка камера и устройството е готово за работа.

Както се очакваше, тяхната система веднага започва да генерира енергия. За съжаление, напрежението е било много ниско. Екипът казва, че за радост предварително е знаел, че то ще бъде много ниско, тъй като законите на термодинамиката ограничават точно колко използваеми електрона могат да бъдат произведени от една фотосинтетична реакция.

Според съобщението за пресата, в което се съобщава за системата, която използва водорасли за генериране на енергия, "максималното възможно крайно напрежение на една микрофотосинтетична енергийна клетка е само 1,0 V".

Системата не използва опасни материали и е биосъвместима

В изследването, публикувано в списание Energies, екипът, който стои зад системата, използваща водорасли за генериране на енергия, заявява, че смята, че един ден продуктът им може да бъде мащабиран, за да захранва още по-енергоемки устройства. Всъщност настоящата им енергийна клетка е изключително малка, с размери само два на два на четири милиметра. Освен това тя работи без необходимост от пряка слънчева светлина, което увеличава възможностите за нейното приложение.

Както вече бе отбелязано, екипът твърди, че тяхната енергийна клетка има няколко екологични предимства. Например, тя не използва опасни газове или токсични микрофибри като тези, използвани при изграждането на фотоволтаични клетки. Освен това тя произвежда кислород и вода, докато консумира въглероден диоксид, което я прави изключително чист начин за генериране на енергия.

"Така че това е не само технология с нулеви емисии, но и технология с отрицателни въглеродни емисии", обяснява Курувинашети. "Тя абсорбира въглероден диоксид от атмосферата и ви дава ток. Единственият страничен продукт е вода."

И накрая, екипът заявява, че за разлика от компютърните чипове, които са трудни за обработка след приключване на жизнения им цикъл, тяхната енергийна клетка използва биосъвместими полимери. Според Мутукумаран Пакирисами (Muthukumaran, това означава, че цялата система "може лесно да се разгражда и е много евтина за производство".

"Тази технология има потенциала да бъде жизнеспособен, достъпен и чист източник на енергия в бъдеще", се обяснява в съобщението за пресата. В същото съобщение се отбелязва също, че "конфигурирани правилно, тези клетки могат да генерират достатъчно енергия за захранване на устройства с ниска и свръхниска мощност, като например сензори за интернет на нещата (Internet of Things)".

Справка: Micro Photosynthetic Power Cell Array for Energy Harvesting: Bio-Inspired Modeling, Testing and Verification; Kirankumar Kuruvinashetti, Shanmuga Sundaram Pakkiriswami, Dhilippan M. Panneerselvam and Muthukumaran Packirisamy, Energies 2024, 17(7), 1749; https://doi.org/10.3390/en17071749 

Източник: Scientists Are Using This Living Organism to Generate Power, The Debrief

Още по темата

13/06/2024

Земята

Океански водорасли неочаквано помагат за охлаждането на Земята

09/08/2023

Животът

Какво не знаем за микроводораслите и къде е тяхната сила?

16/05/2022

Технологии

Компютър се захранва от синьозелени водорасли и работи 6 месеца (видео)

03/11/2020

Животът

Как някои водорасли са успели да преживеят катаклизма, погубил динозаврите?