Солнечным батареям помогут… бактерии?

В странах с жарким климатом основным источником альтернативной энергии становится солнечный свет. В быту и на производстве эксплуатация солнечных батарей предельно проста и дешева, однако, стоит светилу спрятаться за тучи, как вся их польза стремительно сходит на нет. Проблемой озаботились учёные из университета Британской Колумбии и, кажется, нашли для неё весьма нетривиальное решение.

Принцип фотосинтеза в общих чертах представляют себе даже школьники. Именно этот процесс и лёг в основу работы новых биогенных панелей. Способность некоторых бактерий превращать солнечный свет в энергию давно изучалась учёными с целью создания био-батарей, но до последнего времени не находила практического воплощения. Спасла ситуацию большая колония генетически модифицированных E. coli.

Микрофотография показывает, как клетки выглядят под сканирующим электронным микроскопом. Источник: Викрамадитя Ядав

Escherichia coli – бактерия, с которой «знаком» каждый. Это обычная кишечная палочка, которая обитает в нижних отделах кишечника любого здорового человека и животных. В большинстве своём E. coli безвредны, а многие – даже полезны, поскольку участвуют в синтезе витамина К и борются с патогенной микрофлорой. Пытливые умы колумбийских специалистов модифицировали бактерию и воспользовались её способностью производить большое количество ликопина – пигмента, который активно поглощает свет.

Раньше вектор исследований был направлен на извлечение ликопина, что оказалось экономически невыгодно и малоэффективно, ввиду снижения качества полученного вещества. Новый подход позволил отойти от экстрагирования пигмента, оставив его бактериям и увеличив синтез. Для производства собственно энергии микроорганизмы покрыли минеральным составом, выполняющим функцию полупроводника. Полученную смесь нанесли на стеклянную поверхность с защитным покрытием, которая и стала анодом новой солнечной панели. Плотность тока, вырабатываемого такой батареей, составила почти 0,7 мА/см², что вдвое больше, чем сегодня позволяют получить любые другие биогенные солнечные элементы.

Концептуальная схема показывает анод солнечного элемента, состоящий из биогенного материала, изготовленного из ликопин-продуцирующих бактерий (оранжевых шаров), которые покрыты наночастицами диоксида титана. Источник: Викрамадитя Ядав

Благодаря модифицированным микроорганизмам биологическая ячейка солнечной батареи с одинаковой эффективностью преобразует в энергию и яркий, и тусклый свет. Таким образом, новые устройства способны работать даже в условиях отсутствия прямых солнечных лучей – в пасмурные дни, в дождь или вообще в регионах, расположенных севернее, где разработка солнечной энергии ранее была нецелесообразна. Предполагается, что в будущем такие био-батареи могут быть использованы для научных исследований даже под водой или в горной промышленности.

Пока рано говорить о массовом производстве конструкций с подобными ячейками, но они обладают всем, чтобы в перспективе создать здоровую конкуренцию традиционным кремниевым системам. Для их производства не требуются дорогие материалы, а сам процесс синтеза энергии примитивен. Потому биологические солнечны батареи будут дешевле, экологически чище, но главное – гораздо продуктивнее, чем те, что эксплуатируются сегодня.

Тестирование солнечного элемента в солнечном симуляторе позволило исследователям оценить производительность элемента в реальных условиях. Источник: Арман Бонакдарпур и Дэвид Уилкинсон

Профессор В. Ядав, возглавляющий проект, отмечает, что новая технология пока ещё не готова переходить в стадию массовой эксплуатации, ведь ей предстоит ещё множество модификаций и испытаний. Пока это прототип первого поколения, который, однако, имеет все предпосылки к тому, чтобы получить глобальное распространение по всему миру.

Виктория Романова, Россия, Москва

Здесь может быть Ваша реклама!