ograjdaneto na vodorasli utroyava efektivnostta na izkustvenata fotosinteza

Ограждането на водорасли утроява ефективността на изкуствената фотосинтеза

Сподели

Пресъздаването на процеса на фотосинтеза, при който растенията естествено превръщат слънчевата светлина, водата и въглеродния диоксид в химическа енергия, за да подхранват съществуването си, е ключова цел в изследванията на възобновяемата енергия и ново проучване на Сингапурския технологичен университет Нанянг (NTU) би могло да помогне за това усилията заедно. Неговите учени са демонстрирали как обгръщането на водорасли в малки капчици може да увеличи до три пъти способностите му за събиране на естествена енергия, което бележи още една стъпка към търговската жизнеспособност на технологията.

Сред предизвикателствата пред учените, работещи върху изкуствената фотосинтеза, е относително слабата ефективност на разработените до момента решения. Когато слънчевите панели обикновено преобразуват слънчевата светлина в енергия с ефективност от около 20 процента, сегашните технологии за изкуствена фотосинтеза работят с ефективност от около четири или пет процента, според екипа на NTU.

„Изкуствената фотосинтеза не е толкова ефективна, колкото слънчевите клетки при генерирането на електричество“, казва ръководителят на изследването асистент професор Чен Ю-Ченг. „Тя обаче е по-възобновяема и устойчива. Поради нарастващия интерес към екологично чисти и възобновяеми технологии, извличането на енергия от белтъците за събиране на светлина във водораслите привлече значителен интерес в областта на биоенергията. “

Протеините в центъра на изследванията на Cheng са известни като фикобилипротеини, които са отговорни за поглъщането на светлина в клетките на водораслите и го правят с дължини на вълните в целия спектър. Учените се стремят да заредят способността си да превръщат уловената светлина в енергия, а техният новаторски метод включва капсулирани червени водорасли в малки капчици течни кристали с размер само 20 до 40 микрона.

Тъй като светлината удря капчицата, нейните извити ръбове предизвикват това, което изследователите наричат ​​„режим на шепнеща галерия“, при който светлината се движи по периметъра и ефективно се улавя вътре в капчицата за по-дълго време. И повече светлина, уловена вътре по-дълго означава по-голяма възможност за да настъпи фотосинтеза. След това генерираните електрони могат да бъдат уловени с помощта на електроди.

„Капчицата се държи като резонатор, който ограничава много светлина“, каза Чен. „Това дава на водораслите по -голяма експозиция на светлина, увеличавайки скоростта на фотосинтезата. Подобен резултат може да се получи чрез покриване на външната страна на капчицата с протеин от водорасли. Използвайки микрокапките като носител на биоматериали за събиране на светлина, силното локално усилване на електрическото поле и ограничаването на фотоните вътре в капчицата доведоха до значително по-високо генериране на електричество. “

Според Чен, третирането на екипа с капчици увеличава генерирането на енергия с два до три пъти в сравнение с нетретиран протеин от водорасли. Работата в полза на екипа, тъй като те се стремят да разширят технологията, е, че капчиците могат да се произвеждат на едро и на ниска цена. Тези капчици дори могат да бъдат произведени в по -големи форми, за да обгърнат водорасли, растящи във водни обекти, които от своя страна биха могли да действат като плаващи генератори на енергия.

„Микрокапките, използвани в нашите експерименти, имат потенциал да бъдат увеличени до по-големи капчици, които след това могат да бъдат приложени към водорасли извън лабораторната среда, за да се създаде енергия“, казва Чен. „Докато някои биха могли да считат растежа на водораслите за грозен, те играят много важна роля в околната среда. Нашите констатации показват, че има начин да се превърне това, което някои биха видели като „био-боклук“ в био-енергия. “

Друга възможност се крие в използването на тази технология за повишаване на производителността на органични слънчеви клетки. Разгледахме един интересен пример за това през 2017 г., където учените показаха как включването на вид водорасли, наречени диатоми, може да подобри ефективността на слънчевата клетка, като улавя и разсейва светлината за по -ефективно събиране на реколтата.

По този начин това ново изследване не само открива нов механизъм, чрез който изкуствената фотосинтеза може да бъде подобрена, но допълнително допълва нашето разбиране за това как биоматериалите взаимодействат със светлината и как тези знания могат да бъдат използвани в търсене на чиста енергия.

Изследването е публикувано в списанието Интерфейси на ACS приложени материали.

Източник: Технологичен университет Нанянг

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели