קצירת זרם חשמלי ממערכות פוטוסינתזה ביולוגיות מושגת בדרך כלל על ידי טבילה של המערכת לתמיסת אלקטרוליט. עכשיו, חוקרים מ הטכניון-המכון הטכנולוגי בישראל השתמשו, בפעם הראשונה, בצמח עסיסי כדי ליצור "תא ביו-סולארי" חי הפועל על פוטוסינתזה.
כל התהליכים הטבעיים והביולוגיים של התאים החיים - מחיידקים ופטריות ועד צמחים ובעלי חיים - מערבים את תנועה של אלקטרונים. עם זאת, התאים יכולים לייצר חשמל חיצוני, בתנאי שיש אלקטרודות. חוקרים השתמשו בחיידקים כדי ליצור תאי דלק בעבר, אבל החיידקים דרשו האכלה מתמדת. במקום זאת, מדענים, כולל הצוות של נועם אדיר, פנו לפוטוסינתזה כדי לייצר זרם.
האור מניע זרימת אלקטרונים של מים במהלך תהליך זה, אשר בסופו של דבר מייצר חמצן וסוכר. כמו תא סולארי, זה מרמז שלתאים פוטוסינתטיים חיים יש זרימת אלקטרונים באופן רציף שניתן למשוך משם כ"פוטו זרם" ולנצל אותו כדי להפעיל מעגל חיצוני.
לצמחים מסוימים יש לציפורניים עבות כדי לשמר מים וחומרי הזנה בתוך העלים שלהם, כמו הסוקולנטים שנמצאים באזורים צחיחים. כתמיסת אלקטרוליט של תא אלקטרוכימי, יניב שלוסברג, גדי שוסטר ואדיר התכוונו לחקור לראשונה אם פוטוסינתזה בסוקולנטים עשויים לייצר אנרגיה עבור תאים סולאריים חיים.
באמצעות שימוש ב-Corpuscularia lehmannii העסיסי, המכונה לעתים קרובות "צמח הקרח", החוקרים ייצרו תא סולארי חי. הם בדקו את אחד מעלי הצמח על ידי הכנסת אנודת ברזל וקתודה פלטינה, וגילו שיש לו מתח של 0.28V. הוא יכול לייצר זרם במשך יותר מיממה כשהוא מחובר למעגל ולהשיג צפיפות פוטו-זרם של עד 20 A/cm2.
למרות שהנתונים הללו נמוכים מאלו של אדם רגיל סוללת אלקליין, הם חלים רק על עלה אחד. על פי חקירות קודמות על מכשירים אורגניים אנלוגיים, עלים רבים המחוברים בסדרה עשויים להעלות את המתח. הצוות יצר בכוונה את התא הסולארי החי כך פרוטונים בתמיסת העלים הפנימית עשויה להתאחד בקתודה ליצור גז מימן, אשר לאחר מכן ניתן לאסוף ולהשתמש בו למטרות אחרות. לדברי החוקרים, הגישה שלהם יכול לעזור בפיתוח פתרונות אנרגיה ירוקה רב-תכליתיים ברי-קיימא בעתיד.
עיון ביומן:
- יניב שלוסברג, גדי שוסטר ונועם אדיר. תא ביו-פוטואלקטרוכימי סגור בעצמו בצמחים בשרניים. חומרים וממשקים יישומיים של ACS. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
