Zabudnuté heslo?
Prihlásenie

Obalenie rias do kvapôčok strojnásobí účinnosť umelej fotosyntézy

Obalenie rias do kvapôčok strojnásobí účinnosť umelej fotosyntézy
Autor:
Roman Mališka
Zverejnené:
19. 10. 2021
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Obnovenie procesu fotosyntézy, v ktorom rastliny prirodzene premieňajú slnečné svetlo, vodu a oxid uhličitý na chemickú energiu, aby posilnili svoju existenciu, je kľúčovým cieľom výskumu obnoviteľnej energie. Vedci teraz preukázali, ako obalenie rias v drobných kvapôčkach môže zvýšiť prirodzené schopnosti získavania energie až trojnásobne, čo predstavuje ďalší krok ku komerčnej životaschopnosti technológie.

Medzi výzvy, ktorým čelia vedci pracujúci na umelej fotosyntéze, patrí relatívne slabá účinnosť doteraz vyvinutých riešení. Tam, kde solárne panely zvyčajne prevádzajú slnečné svetlo na energiu s účinnosťou okolo 20 percent, súčasné technológie umelej fotosyntézy fungujú s účinnosťou okolo štyroch alebo piatich percent, tvrdí tím vedcov zo Singapurskej technologickej univerzity Nanyang (NTU). Vzhľadom na rastúci záujem o technológie šetrné k životnému prostrediu a obnoviteľné zdroje, tak získavanie energie zo svetlo ťažiacich bielkovín v riasach vzbudilo značný záujem v oblasti bioenergie.

Vedci z NTU sa v rámci svojej novej štúdie zamerali na proteíny známe ako fykobiliproteíny, ktoré sú zodpovedné za absorpciu svetla v bunkách rias, a to pomocou vlnových dĺžok v celom spektre. Tím sa rozhodol využiť ich schopnosť premeniť zachytené svetlo na energiu a nová prelomová metóda zahŕňa zapuzdrenie červených rias do drobných kvapôčok tekutých kryštálov s veľkosťou len 20 až 40 mikrónov.

Keď svetlo dopadne na kvapôčku, jej zakrivené okraje vyvolávajú to, čo vedci nazývajú ako „režim šepkajúcej chodby“, v ktorom svetlo cestuje po obvode a je účinne dlhšie uväznené vo vnútri kvapôčky. A viac svetla uväzneného vo vnútri znamená dlhšiu príležitosť, aby nastala fotosyntéza. Vygenerované elektróny je potom možné zachytiť pomocou elektród.

Autor štúdie profesor Chen Yu-Cheng s trubicou plnou rias a so sklíčkom s poľom mikrokvapiek.

Vedci hovoria, že kvapka sa správa ako rezonátor, ktorý obmedzuje veľa svetla. To dáva riasam väčšiu expozíciu svetlu, čo zvyšuje rýchlosť fotosyntézy. Podobný výsledok je možné dosiahnuť potiahnutím vonkajšej časti kvapky proteínom rias. Využitím mikrokvapôčok ako nosiča biomateriálov zbierajúcich svetlo viedlo k silnému zvýšeniu lokálneho elektrického poľa a obmedzenie fotónov v kvapôčke prispelo k výrazne vyššej produkcii elektriny.

Podľa tímu uzavretie do kvapôčok zvyšuje produkciu energie dvakrát až trikrát v porovnaní s neošetreným proteínom z rias. Kvapôčky sa dajú pritom vyrábať hromadne a za nízke náklady. Mohli by sa dokonca dať vyrobiť vo väčších formách, aby obalili riasy rastúce vo vodných plochách, ktoré by zase mohli pôsobiť ako také plávajúce generátory energie. Ďalšou možnosťou je využitie tejto technológie na zvýšenie výkonu organických solárnych článkov.

Táto štúdia nielenže odhaľuje nový mechanizmus, pomocou ktorého by bolo možné zlepšiť umelú fotosyntézu, ale ďalej rozširuje naše chápanie toho, ako biomateriály interagujú so svetlom a ako je možné tieto znalosti využiť pri hľadaní čistej energie.

Výskum bol publikovaný v magazíne ACS Applied Materials Interfaces.