عادةً ما يتم تحقيق حصاد تيار كهربائي من أنظمة التمثيل الضوئي البيولوجي عن طريق غمر النظام في محلول إلكتروليت. الآن ، باحثون من معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا استخدموا ، لأول مرة ، نباتًا عصاريًا لإنشاء "خلية شمسية حيوية" تعمل على عملية التمثيل الضوئي.
جميع العمليات الطبيعية والبيولوجية للخلايا الحية - من البكتيريا والفطريات إلى النباتات والحيوانات - تنطوي على حركة الإلكترونات. ومع ذلك ، يمكن للخلايا إنتاج كهرباء خارجية ، بشرط وجود أقطاب كهربائية. استخدم الباحثون البكتيريا في صنعها خلايا الوقود في الماضي ، لكن الميكروبات كانت تتطلب تغذية مستمرة. بدلاً من ذلك ، تحول العلماء ، بما في ذلك فريق نعوم أدير ، إلى التمثيل الضوئي لتوليد التيار.
يقود الضوء تدفق إلكترونات الماء خلال هذه العملية ، والتي ينتج عنها في النهاية الأكسجين والسكر. مثل الخلية الشمسية ، يشير هذا إلى أن خلايا التمثيل الضوئي الحية لديها باستمرار تدفق إلكترون يمكن سحبه بعيدًا كـ "تيار ضوئي" واستخدامه لتشغيل دائرة خارجية.
تحتوي بعض النباتات على بشرة سميكة للحفاظ على الماء والمواد المغذية داخل أوراقها ، مثل العصارة الموجودة في المناطق القاحلة. كمحلول إلكتروليت لخلية كهروكيميائية ، كان يانيف شلوسبرغ وغادي شوستر وأدير يعتزمون استكشاف ما إذا التركيب الضوئي في العصارة قد تنتج الطاقة للخلايا الشمسية الحية.
باستخدام النبتة Corpuscularia lehmannii ، المعروفة غالبًا باسم "مصنع الثلج" ، أنتج الباحثون خلية شمسية حية. لقد اختبروا إحدى أوراق النبات عن طريق إدخال أنود حديدي وكاثود بلاتينيوم ، واكتشفوا أن جهده يبلغ 0.28 فولت. يمكن أن ينتج تيارًا لأكثر من يوم عند توصيله بدائرة وتحقيق كثافة ضوئية للتيار تصل إلى 20 أمبير / سم 2.
على الرغم من أن هذه الأرقام أقل من تلك الخاصة بالعادي البطارية القلوية، فهي تنطبق فقط على ورقة واحدة. وفقًا لتحقيقات سابقة أجريت على أجهزة عضوية مماثلة ، فإن العديد من الأوراق المتصلة في سلسلة قد ترفع الجهد. قام الفريق عمدا بإنشاء الخلية الشمسية الحية لذلك البروتونات في محلول الأوراق الداخلي يمكن أن يتحد عند الكاثود لإنتاج غاز الهيدروجين ، والذي يمكن بعد ذلك جمعه واستخدامه لأغراض أخرى. وفقًا للباحثين ، نهجهم يمكن أن تساعد في تطوير حلول متعددة الأغراض ومستدامة للطاقة الخضراء في المستقبل.
المرجع مجلة:
- يانيف شلوسبرغ ، جادي شوستر ، نعوم أدير. خلية كهروضوئية ذاتية الغلق في النباتات النضرة. مواد وواجهات تطبيقية ACS. دوى: 10.1021/acsami.2c15123
