Збирання електричного струму з біологічних фотосинтетичних систем зазвичай досягається шляхом занурення системи в розчин електроліту. Тепер дослідники з Техніон-Ізраїльський технологічний інститут вперше використали сукулентну рослину для створення живої «біосонячної батареї», яка працює на основі фотосинтезу.
Усі природні біологічні процеси живих клітин — від бактерій і грибів до рослин і тварин — включають рух електронів. Однак клітини можуть виробляти зовнішню електроенергію за наявності електродів. Для виготовлення дослідники використовували бактерії паливні елементи у минулому, але мікроби потребували постійного живлення. Натомість вчені, включаючи команду Ноама Адіра, звернулися до фотосинтезу для генерування струму.
Під час цього процесу світло керує потоком електронів води, що зрештою виробляє кисень і цукор. Подібно до сонячної батареї, це означає, що живі фотосинтетичні клітини безперервно мають потік електронів, який можна відтягнути як «фотострум» і використати для живлення зовнішнього контуру.
Деякі рослини мають товсту кутикулу, щоб зберігати воду та поживні речовини всередині листя, наприклад, сукуленти, що зустрічаються в посушливих районах. Оскільки розчин електроліту електрохімічної комірки Янів Шлосберг, Гаді Шустер і Адір мали намір вперше дослідити, чи фотосинтез у сукулентах може виробляти енергію для живих сонячних батарей.
Використовуючи суккулент Corpuscularia lehmannii, який часто називають «крижаною рослиною», дослідники виготовили живу сонячну батарею. Вони перевірили один із листків рослини, вставивши залізний анод і платиновий катод, і виявили, що він мав напругу 0.28 В. Він може виробляти струм більше доби, якщо його приєднати до ланцюга, і досягати щільності фотоструму до 20 А/см2.
Хоча ці показники нижчі, ніж у звичайного лужна батарея, вони стосуються лише одного аркуша. Згідно з попередніми дослідженнями на аналогічних органічних пристроях, численні листи, з’єднані послідовно, можуть підвищувати напругу. Команда навмисно створила живу сонячну батарею, щоб протони у внутрішньому листковому розчині може об’єднуватися на катоді, утворюючи водень, який потім може бути зібраний і використаний для інших цілей. За словами дослідників, їхній підхід може допомогти розробити багатоцільові екологічно чисті рішення в майбутньому.
Довідка з журналу:
- Янів Шлосберг, Гаді Шустер і Ноам Адір. Самозамкнута біофотоелектрохімічна комірка в сукулентних рослинах. Прикладні матеріали та інтерфейси АСУ. DOI: 10.1021/acsami.2c15123
