Solárne elektrárne možno budú živé

Využívanie biomasy ako zdroja obnoviteľnej energie zažíva v niektorých krajinách obrovský boom, ale dôvodom sú skôr štátne dotácie ako láska k prírode a zdravý rozum. Výsledkom sú holoruby, keď na výrobu drevnej štiepky padajú nespočetné hektáre lesa a škody na životnom prostredí, ktoré sa budú hojiť desaťročia. Podobné šialenstvo spôsobilo v poľnohospodárstve dotované pestovanie olejnatých plodín na výrobu prídavkov do pohonných hmôt. Našťastie euroúradníci už trochu vytriezveli a sprísnili systém dotácií na pestovanie technických olejnatých plodín.

Využitie rastlín v alternatívnej energetike však možno pôjde aj úplne inou cestou. Čo by ste povedali na solárne elektrárne založené na fotosyntéze živých rastlín? Nakoniec, rastliny sú najväčšími špecialistami v zužitkovaní slnečnej energie. Aj keď, ak by sme chceli byť korektní, organizmy spomenuté v tomto článku – sinice, nie sú plnodnotnými rastlinami.

sinice1

Sinice, alebo tiež cyanobaktérie používajú fotosyntézu ako rastliny. Foto: gadzetomania

Vedci z Ruhr – Universität Bochum (RUB) vytvorili bio-solárne bunky schopná generovať trvalý elektrický prúd s výkonom niekoľko nanowattov na centimeter štvorcový. Nová metóda nespôsobuje poškodenie fotosyntetických buniek – tento problém sužoval predchádzajúce pokusy na ovládnutie „prírodnej elektrárne“. Hoci je technológia stále v plienkach, biologické solárne články ponúkajú niekoľko výhod oproti fotovoltaickým systémom na báze polovodičov, najmä väčšiu efektivitu a nezávislosť na kremíku a drahých kovoch vzácnych zemín. Doteraz vyvinuté systémy však majú malú trvanlivosť a generujú málo energie.

Predchádzajúce pokusy o využitie procesu fotosyntézy na výrobu elektriny sa sústredili iba na jeden z dvoch krokov procesu, známeho ako Z – schéma. Fotosyntéza prebieha v dvoch oddelených, ale na seba nadväzujúcich fázach. Prvou je svetelná fáza (PS1), počas ktorej sa zachytáva a premieňa energia fotónov na energiu chemickú. Energia excitovaných elektrónov sa pri tom využíva v redoxných reakciách na produkciu zlúčenín ako ATP a NADPH. Paralelne so svetelnou fázou prebieha tzv. temná fáza fotosyntézy (PS2). V rámci nej sa v chloroplastoch a v cytosóle uskutočňuje cyklický súbor enzýmových reakcií, výsledkom ktorých je redukcia CO2 na sacharidy. Takto vzniká celulóza a vlastná biomasa.

Tím vedcov z RUB vedený prof. Wolfgangom Schuhmannom a prof. Matthiasom Rognerom integroval obe fázy fotosyntézy do fotovoltaického článku. Skôr než sa elektróny zachytia buď vo fáze PS1, alebo PS2, ako tomu bolo v predchádzajúcich pokusoch s biologickými bunkami, dôjde k separácii náboja medzi dvoma fotosystémami vytvorením diódy, čo vytvára kontinuálny elektrický prúd cez redoxný hydrogél, pokiaľ je vystavený svetlu.

sinice2

Aj tieto usadeniny – stromatolity – sú výsledkom pôsobenia siníc. Foto: Wikipedia

Na dosiahnutie tohto cieľa tím izoloval dva fotosystémy v teplomilných siniciach, ktoré boli objavené v horúcich prameňoch. Sú atraktívne pre tento typ pokusov, pretože sa prispôsobili extrémnym podmienkam a ich fotosystémy sú relatívne stabilné. Tieto fotosystémy potom boli vložené do redoxných hydrogélov s rôznymi potenciálmi. Výsledkom je systém, ktorý vyrába elektrickú energiu pri konverzii oxidu uhličitého na kyslík a biomasu.

Zdá sa, že toto riešenie  pomôže prekonať problémy, ktoré sprevádzajú experimenty vedcov na University of Georgia a Stanford University. V nich sa bunky počas experimentu rýchlo poškodili a znehodnotili sa už v priebehu niekoľkých hodín. Výskum biologických solárnych elektrární si ešte vyžiada veľa úsilia vedcov, ale možno práve toto je cesta k vyspelej civilizácii nového typu, ba možno k ďalšej priemyselnej revolúcii.

Zdroj: RUB, Gizmag

Komentáre k článku