Слънчеви панели от следващо поколение: Бактериите обещават по-ефективно производство на зелена енергия

Въпреки нарастващата популярност на слънчевите и вятърните електроцентрали, съвременната зелена енергия далеч не е идеална. Освен всичко друго, силициевите слънчеви панели имат редица недостатъци. Според учените обаче светът може би е на прага на нова ера в производството на слънчева енергия. Всичко това благодарение на факта, че традиционните панели могат да бъдат заменени от батерии, в които енергията ще се генерира от бактерии, които могат да превръщат слънчевата светлина в електричество. Използването им не само ще подобри екологичността и ефективността на енергийните системи, но и ще помогне в борбата с изменението на климата.

Соларните батерии на базата на живи бактерии

Слънцето е естествен източник на колосалната енергия, която е налична на Земята. Все още обаче няма ефективни методи за превръщането ѝ в електричество. Учените работят за повишаване на ефективността на съществуващите панели, планират да изстрелят електроцентрала в космоса, а също така разработват и други технологии. Една такава област е биофотоволтаиката (BPV).

Това е иновативна технология, която съчетава биология и електроника. В основата на тези системи са фотосинтезиращи микроорганизми, които подобно на растенията използват слънчевата светлина, за да превръщат водата и въглеродния диоксид в кислород и енергия.

Въпросният микроскопичен организъм е известен като Synechocystis. Тези цианобактерии са прекарали милиарди години в усъвършенстване на способността си да улавят колкото се може по-ефективно слънчевата енергия. Разграждайки водните молекули с нея, те генерират електрони, което позволява те да бъдат използвани за производство на електроенергия.

Предимства на биологичните панели

За разлика от силициевите слънчеви панели биологичните системи имат редица уникални свойства. На първо място, „живите“ панели са в състояние да се „самосглобяват“, „саморемонтират“ и да поддържат работата си без външна намеса. Друго голямо предимство е, че бактериите едновременно генерират енергия и абсорбират въглеродния двуокис от атмосферата, което ги превръща в двоен инструмент. Така че, освен че произвеждат електроенергия, те могат да помогнат и в борбата с изменението на климата.

По какъв начин бактериите превръщат светлината в енергия

Изследователи от Центъра за изследване на околната среда „Хелмхолц“ в Лайпциг (Helmholtz Centre for Environmental Research) са проучили подробно механизма на цианобактериите. По време на фотосинтезата организмите разделят водата на кислород, протони и електрони. След това тези електрони се пренасят през вътрешната структура на клетката, докато достигнат до електрод, където могат да бъдат „събрани“, за да се създаде електрически ток.

За да подобрят този процес, учените са добавили химикал, наречен ферицианид. Той действа като посредник, ускорявайки преноса на електроните от бактериите до електродите. Това значително увеличава ефективността на системата

Колко ефективни са батериите, базирани на бактерии

Една от основните цели на неотдавнашно проучване, публикувано в Environmental Science and Ecotechnology, беше да се установи дали производството на енергия влияе върху биологичните функции на бактериите. Резултатите от експеримента бяха впечатляващи. Бактериите продължават да растат и да се възпроизвеждат дори при постоянно производство на електроенергия.

Способността им да абсорбират въглероден диоксид и да отделят кислород остава на същото ниво. Това означава, че организмите са се адаптирали, като са отклонявали допълнителни електрони, без да правят компромис със собствените си нужди. Това откритие предполага, че „живите“ слънчеви панели могат да функционират, без да нарушават естествените биологични процеси. Това означава, че слънчевите панели, базирани на тях, теоретично могат да работят вечно. В края на краищата старите микроорганизми винаги ще бъдат заменени от млади.

Защо технологията не може да се използва в момента

Въпреки всички предимства на BPV-технологията, учените признават, че към днешна дата капацитетът им все още отстъпва на традиционните силициеви панели. Все пак трябва да се има предвид, че изследванията са проведени в лабораторни условия с използването на един-единствен вид бактерии.

Действителната работа може да изисква допълнителни експерименти и адаптиране. Въпреки това учените виждат голям потенциал в тази технология и се надяват, че в крайна сметка ще успеят да повишат ефективността на производството на енергия. Ако това се случи, слънчевите панели на базата на бактерии ще отворят нова страница в историята на възобновяемата енергия.

В бъдеще биопанелите могат да се превърнат във важна част от световната енергийна инфраструктура, като спомогнат за едновременното решаване на енергийните и екологичните проблеми. Така например използването на такива панели в градовете ще доведе до едновременното пречистване на въздуха от въглероден диоксид.

Другите проекти

Има и други проекти в тази сфера, които поразяват с мащабността си. Напоследък Китай впечатлява с амбициозните си проекти. Гигантският слънчев панел, който учените от тази страна възнамеряват да разположат в космоса, е ярък пример за това. Според концепцията този проект ще промени подхода към получаването на енергия на Земята. Огромна станция с размери около 1 квадратен километър ще се намира в геостационарна орбита на височина 36 000 километра и ще предава събраната енергия на Земята с помощта на микровълново излъчване. Проектът се сравнява с най-голямата водноелектрическа централа в света – китайската язовирна стена Три ждрела, която произвежда 100 милиарда киловатчаса електроенергия годишно.