Sähkövirran kerääminen biologisista fotosynteettisistä järjestelmistä saavutetaan tyypillisesti upottamalla järjestelmä elektrolyyttiliuokseen. Nyt tutkijat Technion-Israel Institute of Technology ovat ensimmäistä kertaa käyttäneet mehevää kasvia luodakseen elävän "bio-aurinkokennon", joka toimii fotosynteesillä.
Kaikkien elävien solujen luonnolliset, biologiset prosessit – bakteereista ja sienistä kasveihin ja eläimiin – ovat mukana elektronien liikettä. Kennot voivat kuitenkin tuottaa ulkoista sähköä, jos elektrodit ovat läsnä. Tutkijat käyttivät valmistukseen bakteereja polttokennot aiemmin, mutta mikrobit vaativat jatkuvaa ruokintaa. Sen sijaan tiedemiehet, mukaan lukien Noam Adirin tiimi, ovat kääntyneet fotosynteesiin virran tuottamiseksi.
Valo ohjaa tämän prosessin aikana veden elektronien virtausta, joka lopulta tuottaa happea ja sokeria. Kuten aurinkokenno, tämä tarkoittaa, että elävillä fotosynteettisillä kennoilla on jatkuvasti elektronivirtaa, joka voidaan vetää pois "valovirtana" ja käyttää ulkoisen piirin virtalähteenä.
Joillakin kasveilla on paksut kynsinauhat veden ja ravinteiden säilyttämiseksi lehtien sisällä, kuten kuivilla alueilla esiintyvät sukulentit. Sähkökemiallisen kennon elektrolyyttiliuoksena Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster ja Adir aikoivat ensimmäistä kertaa tutkia, fotosynteesi mehikasveissa voi tuottaa energiaa eläville aurinkokennoille.
Tutkijat tuottivat elävän aurinkokennon käyttämällä mehevää Corpuscularia lehmanniia, joka tunnetaan usein "jääkasvina". He testasivat yhtä kasvin lehteä asettamalla siihen rautaanodin ja platinakatodin, ja he havaitsivat, että sen jännite oli 0.28 V. Se voi tuottaa virtaa yli vuorokauden, kun se on kytketty piiriin, ja saavuttaa jopa 20 A/cm2 valovirrantiheyden.
Vaikka nämä luvut ovat pienempiä kuin tavalliset alkaliparisto, ne koskevat vain yhtä lehteä. Aikaisempien analogisten orgaanisten laitteiden tutkimusten mukaan useat sarjaan kytketyt lehdet voivat nostaa jännitettä. Tiimi loi tietoisesti elävän aurinkokennon niin protoneja sisälehden liuos voi yhdistyä katodilla vetykaasuksi, joka voidaan sitten kerätä ja käyttää muihin tarkoituksiin. Tutkijoiden mukaan mm. heidän lähestymistapaansa voisi auttaa kehittämään monikäyttöisiä, kestäviä vihreän energian ratkaisuja tulevaisuudessa.
Lehden viite:
- Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster ja Noam Adir. Itsesuljettu bio-valoelektrokemiallinen solu mehikasveissa. ACS-sovelletut materiaalit ja liitännät. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
