Η συλλογή ηλεκτρικού ρεύματος από βιολογικά φωτοσυνθετικά συστήματα συνήθως επιτυγχάνεται με βύθιση του συστήματος σε διάλυμα ηλεκτρολύτη. Τώρα, ερευνητές από Technion-Ινστιτούτο Τεχνολογίας Ισραήλ έχουν, για πρώτη φορά, χρησιμοποιήσει ένα παχύφυτο για να δημιουργήσει ένα ζωντανό «βιο-ηλιακό κύτταρο» που λειτουργεί με φωτοσύνθεση.
Όλες οι φυσικές, βιολογικές διεργασίες όλων των ζωντανών κυττάρων —από βακτήρια και μύκητες μέχρι φυτά και ζώα— περιλαμβάνουν κίνηση των ηλεκτρονίων. Ωστόσο, τα κύτταρα μπορούν να παράγουν εξωτερικό ηλεκτρισμό, υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχουν ηλεκτρόδια. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν βακτήρια για να φτιάξουν κυψέλες καυσίμου στο παρελθόν, αλλά τα μικρόβια απαιτούσαν συνεχή σίτιση. Αντίθετα, οι επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένης της ομάδας του Noam Adir, έχουν στραφεί στη φωτοσύνθεση για να δημιουργήσουν ρεύμα.
Το φως οδηγεί μια ροή ηλεκτρονίων του νερού κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η οποία τελικά παράγει οξυγόνο και ζάχαρη. Όπως ένα ηλιακό κύτταρο, αυτό σημαίνει ότι τα ζωντανά φωτοσυνθετικά κύτταρα έχουν συνεχώς μια ροή ηλεκτρονίων που μπορεί να αποσυρθεί ως «φωτορεύμα» και να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία ενός εξωτερικού κυκλώματος.
Μερικά φυτά έχουν χοντρά πετσάκια για να διατηρούν το νερό και τα θρεπτικά συστατικά μέσα στα φύλλα τους, όπως τα παχύφυτα που βρίσκονται σε άνυδρες περιοχές. Ως το διάλυμα ηλεκτρολύτη ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου, οι Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster και Adir σκόπευαν να εξερευνήσουν για πρώτη φορά εάν φωτοσύνθεση στα παχύφυτα μπορεί να παράγει ενέργεια για ζωντανά ηλιακά κύτταρα.
Χρησιμοποιώντας το χυμώδες Corpuscularia lehmannii, συχνά γνωστό ως «φυτό πάγου», οι ερευνητές παρήγαγαν ένα ζωντανό ηλιακό κύτταρο. Δοκίμασαν ένα από τα φύλλα του φυτού εισάγοντας μια άνοδο σιδήρου και μια κάθοδο πλατίνας και ανακάλυψαν ότι είχε τάση 0.28 V. Θα μπορούσε να παράγει ρεύμα για περισσότερο από μία ημέρα όταν συνδεθεί σε ένα κύκλωμα και να επιτύχει πυκνότητες φωτορεύματος έως και 20 A/cm2.
Παρόλο που αυτά τα στοιχεία είναι χαμηλότερα από αυτά ενός συνηθισμένου αλκαλική μπαταρία, εφαρμόζονται μόνο σε ένα φύλλο. Σύμφωνα με προηγούμενες έρευνες σε ανάλογες οργανικές συσκευές, πολλά φύλλα συνδεδεμένα σε σειρά μπορεί να αυξήσουν την τάση. Η ομάδα δημιούργησε σκόπιμα το ζωντανό ηλιακό κύτταρο έτσι ώστε πρωτόνια στο εσωτερικό διάλυμα φύλλου μπορεί να συνδυαστεί στην κάθοδο για να παραχθεί αέριο υδρογόνο, το οποίο στη συνέχεια θα μπορούσε να συλλεχθεί και να χρησιμοποιηθεί για άλλους σκοπούς. Σύμφωνα με τους ερευνητές, την προσέγγισή τους θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη πολλαπλών χρήσεων, βιώσιμων λύσεων πράσινης ενέργειας στο μέλλον.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Οι Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster και Noam Adir. Αυτοεγκεκριμένο Βιο-Φωτοηλεκτροχημικό Κύτταρο σε Παχύφυτα. ACS Εφαρμοσμένα Υλικά & ΔιεπαφέςΕ DOI: 10.1021/acsami.2c15123
