С помощью экстракта мембраны из листьев шпината команда ученых из Израильского технологического института разработала устройство из ячеек, которое производит электрический ток, кислород и водород из воды с использованием солнечного света.
© Alena Haurylik | shutterstock.com
Биофотоэлектрохимическая ячейка, или BPEC, поглощает солнечный свет и преобразует его в электроны с очень эффективной скоростью. Работа ячейки базируется на фотосинтезе, естественном процессе в растениях, при котором свет передает электроны, производящие химические молекулы, ответственные за питание всех клеток в животном и растительном мире.
Исследователи добавили в раствор соединение на основе железа, чтобы использовать процесс фотосинтеза. Это соединение выступает в качестве посредника в передаче электронов от биологических мембран к электрической цепи, что позволяет создавать электронные токи.
Получаемые токи также могут передаваться с образованием газообразного водорода с включением дополнительной мощности от фотоячейки, поглощающей избыток света, для превращения солнечной энергии в химическую. Затем она может быть преобразована в тепловую и электрическую энергию за счет сжигания водорода, подобно тому, как при использовании углеводородного топлива в атмосферу поступают выбросы углекислого газа.
Изобретение стало возможным благодаря конечному продукту горения водорода, который является чистой водой, а тот факт, что материал в искусственно созданных ячейках BPEC и растительная мембрана содержат воду, делает процесс неким замкнутым циклом, который начинается с воды и заканчивается водой.
«Уникальность этого исследования кроется в совместном участии специалистов из трех различных областей: биологии, химии и строительной инженерии, — сказал профессор Авнер Ротшильд. — Сочетание натуральных листьев и искусственных составляющих (фотогальваническая ячейка и электронные компоненты), а также необходимость обеспечить взаимодействие этих компонентов друг с другом, представляют собой сложные инженерные задачи, которые требовали объединения наших сил».
Результаты работы могут послужить катализатором для развития технологий экологически чистой и устойчивой энергетики с применением таких источников, как вода и солнечная энергия, в чем наша планета так остро нуждается.