Att skörda en elektrisk ström från biologiska fotosyntetiska system uppnås vanligtvis genom nedsänkning av systemet i en elektrolytlösning. Nu har forskare från Technion-Israel Institute of Technology har för första gången använt en suckulent växt för att skapa en levande "bio-solcell" som går på fotosyntes.
Alla levande cellers naturliga, biologiska processer – från bakterier och svampar till växter och djur – involverar rörelse av elektroner. Däremot kan cellerna producera extern elektricitet, förutsatt att det finns elektroder. Forskare använde bakterier för att göra bränsleceller tidigare, men mikroberna krävde kontinuerlig matning. Istället har forskare, inklusive Noam Adirs team, vänt sig till fotosyntes för att generera ström.
Ljus driver ett flöde av vattnets elektroner under denna process, som så småningom producerar syre och socker. Precis som en solcell innebär detta att levande fotosyntetiska celler kontinuerligt har ett elektronflöde som kan dras bort som en "fotoström" och användas för att driva en extern krets.
Vissa växter har tjocka nagelband för att bevara vatten och näringsämnen inuti sina blad, till exempel suckulenter som finns i torra områden. Som elektrolytlösningen i en elektrokemisk cell hade Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster och Adir för avsikt att för första gången utforska om fotosyntes i suckulenter kan producera energi för levande solceller.
Med hjälp av den saftiga Corpuscularia lehmannii, ofta känd som "isväxten", producerade forskarna en levande solcell. De testade ett av växtens blad genom att sätta in en järnanod och platinakatod, och de upptäckte att den hade en spänning på 0.28V. Den kan producera ström i mer än ett dygn när den är ansluten till en krets och uppnå fotoströmdensiteter på upp till 20 A/cm2.
Även om dessa siffror är lägre än en vanlig alkaliskt batteri, de gäller bara ett blad. Enligt tidigare undersökningar av analoga organiska apparater kan många seriekopplade löv höja spänningen. Teamet skapade medvetet den levande solcellen så att protoner i det inre bladlösningen kan kombineras vid katoden för att göra vätgas, som sedan kan samlas upp och användas för andra ändamål. Enligt forskarna, deras tillvägagångssätt kan bidra till att utveckla hållbara gröna energilösningar för mångsidiga ändamål i framtiden.
Tidskriftsreferens:
- Yaniv Shlosberg, Gadi Schuster och Noam Adir. Självsluten bio-fotoelektrokemisk cell i suckulenta växter. ACS-tillämpat material och gränssnitt. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
