Die Gewinnung von elektrischem Strom aus biologischen Photosynthesesystemen erfolgt typischerweise durch Eintauchen des Systems in eine Elektrolytlösung. Nun, Forscher aus Technion-Israel Institute of Technology haben zum ersten Mal eine Sukkulente verwendet, um eine lebende „Bio-Solarzelle“ zu erschaffen, die auf Photosynthese basiert.
Die natürlichen, biologischen Prozesse aller lebenden Zellen – von Bakterien und Pilzen bis hin zu Pflanzen und Tieren – sind beteiligt Bewegung von Elektronen. Allerdings können die Zellen externen Strom erzeugen, sofern Elektroden vorhanden sind. Zur Herstellung nutzten die Forscher Bakterien Brennstoffzellen In der Vergangenheit mussten die Mikroben jedoch ständig gefüttert werden. Stattdessen haben sich Wissenschaftler, darunter auch das Team von Noam Adir, der Photosynthese zugewandt, um Strom zu erzeugen.
Licht treibt bei diesem Prozess einen Elektronenfluss des Wassers an, der schließlich Sauerstoff und Zucker erzeugt. Wie bei einer Solarzelle bedeutet dies, dass lebende photosynthetische Zellen kontinuierlich über einen Elektronenfluss verfügen, der als „Photostrom“ abgezogen und zur Stromversorgung eines externen Stromkreises genutzt werden kann.
Einige Pflanzen haben eine dicke Nagelhaut, um Wasser und Nährstoffe in ihren Blättern zu speichern, wie zum Beispiel die Sukkulenten, die in trockenen Gebieten vorkommen. Als Elektrolytlösung einer elektrochemischen Zelle wollten Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster und Adir erstmals untersuchen, ob Photosynthese in Sukkulenten könnten Energie für lebende Solarzellen produzieren.
Mithilfe der Sukkulente Corpuscularia lehmannii, oft als „Eispflanze“ bekannt, stellten die Forscher eine lebende Solarzelle her. Sie testeten eines der Blätter der Pflanze, indem sie eine Eisenanode und eine Platinkathode einführten, und stellten fest, dass es eine Spannung von 0.28 V hatte. Wenn es an einen Stromkreis angeschlossen ist, könnte es mehr als einen Tag lang Strom erzeugen und Photostromdichten von bis zu 20 A/cm2 erreichen.
Auch wenn diese Zahlen niedriger sind als die eines Normalbürgers Alkaline Batterie, sie gelten nur für ein Blatt. Früheren Untersuchungen an analogen organischen Bauelementen zufolge können zahlreiche in Reihe geschaltete Blätter die Spannung erhöhen. Das Team hat die lebende Solarzelle bewusst dafür geschaffen Protonen in der inneren Blattlösung kann sich an der Kathode zu Wasserstoffgas verbinden, das dann gesammelt und für andere Zwecke verwendet werden könnte. Den Forschern zufolge ist ihr Ansatz könnte in Zukunft zur Entwicklung vielseitiger, nachhaltiger grüner Energielösungen beitragen.
Journal Referenz:
- Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster und Noam Adir. Selbstgeschlossene biophotoelektrochemische Zelle in Sukkulenten. ACS Applied Materials & Interfaces. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
