الطاقة الكهربائية من النباتات - محطات الطاقة الخضراء

إن التحول المباشر للطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية يكمن وراء تشغيل المولدات التي تحتوي على الكلوروفيل. يمكن للكلوروفيل أن يعطي ويعلق الإلكترونات عندما يتعرض للضوء.

في عام 1972 ، طرح M. Calvin فكرة إنشاء خلية شمسية ، حيث يعمل الكلوروفيل كمصدر للتيار الكهربائي ، قادر على سحب الإلكترونات من بعض المواد المحددة تحت الإضاءة ونقلها إلى الآخرين.

استخدم كالفين أكسيد الزنك كموصل في اتصال مع الكلوروفيل. عند إلقاء الضوء على هذا النظام ، ظهر فيه تيار كهربائي بكثافة 0.1 ميكرومتر لكل سنتيمتر مربع.

لم تعمل هذه الخلية الكهروضوئية لفترة طويلة ، حيث سرعان ما فقد الكلوروفيل قدرته على التبرع بالإلكترونات. لتمديد مدة الخلية الكهروضوئية ، تم استخدام مصدر إلكترون إضافي ، هيدروكينون. في النظام الجديد ، أعطت الصباغ الأخضر ليس فقط إلكتروناتها الخاصة ، ولكن أيضًا إلكترونات الهيدروكينون.

تظهر الحسابات أن هذه الخلية الكهروضوئية التي تبلغ مساحتها 10 أمتار مربعة يمكن أن تمتلك طاقة تبلغ نحو كيلووات.

استخدم الأستاذ الياباني فوجيو تاكاهاشي الكلوروفيل المستخرج من أوراق السبانخ لتوليد الكهرباء. يعمل جهاز استقبال الترانزستور الذي تم توصيل الألواح الشمسية به بنجاح.

بالإضافة إلى ذلك ، تجري دراسات في اليابان لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية باستخدام البكتيريا الزرقاء المزروعة في وسط المغذيات. يتم تطبيق طبقة رقيقة منها على قطب شفاف من أكسيد الزنك ، بالإضافة إلى القطب المضاد ، منغمسين في محلول مؤقت. إذا كانت البكتريا مضاءة الآن ، فسيظهر تيار كهربائي في الدائرة.

في عام 1973 ، وصف الأمريكيون دبليو. ستوكينيوس ود. أوسترهيلت بروتينًا غير عادي من أغشية البكتيريا البنفسجية التي تعيش في البحيرات المالحة في صحراء كاليفورنيا. كان يطلق عليه bacteriorhodopsin.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن بكتريا هودوبسين تظهر في أغشية البكتيريا مع نقص الأكسجين. يحدث نقص الأكسجين في المسطحات المائية في حالة التطور المكثف للبكتيريا.

باستخدام بكتيرودوبسين ، تمتص البكتيريا طاقة الشمس ، وبالتالي تعويض عن نقص الطاقة الناتج عن توقف التنفس.

يمكن عزل باكتير هودوبسين عن البكتيريا عن طريق وضع هذه المخلوقات المحبة للملح التي تشعر بأنها عظيمة في محلول مشبع من كلوريد الصوديوم في الماء. مباشرة تفيض بالمياه وتنفجر ، في حين يتم خلط محتوياتها مع البيئة. والأغشية التي تحتوي على بكتير هودوبسين فقط لا يتم تدميرها بسبب "التعبئة" القوية لجزيئات الصبغة التي تشكل بلورات البروتين (دون معرفة التركيب ، أطلق عليها العلماء اسمائح لويحة أرجوانية).

في داخلها ، يتم دمج جزيئات البكتريا الحلزونية في ثلاثية ، والثالوث إلى سداسي منتظم. نظرًا لأن اللويحات أكبر بكثير من جميع مكونات البكتريا الأخرى ، يمكن عزلها بسهولة عن طريق الطرد المركزي. بعد غسل الطرد المركزي ، يتم الحصول على كتلة فطرية من اللون البنفسجي. 75 في المائة منه يتكون من بكتيرودوبسين و 25 في المائة من الفوسفوليبيدات التي تملأ الفجوات بين جزيئات البروتين.

الفسفوليبيد هي جزيئات دهنية مقترنة ببقايا حمض الفوسفوريك. لا توجد مواد أخرى في أجهزة الطرد المركزي ، مما يخلق ظروفًا مواتية للتجربة مع البكتريا الحلزونية.

بالإضافة إلى ذلك ، هذا المركب المركب مقاوم جدًا للعوامل البيئية. لا تفقد النشاط عند تسخينه إلى 100 درجة مئوية ويمكن تخزينه في الثلاجة لسنوات. باكتير هودوبسين مقاوم للأحماض وعوامل مؤكسدة مختلفة.

سبب استقرارها العالي يرجع إلى حقيقة أن هذه البكتيريا تعيش في ظروف قاسية للغاية - في المحاليل الملحية المشبعة ، والتي ، في جوهرها ، هي مياه بعض البحيرات في منطقة الصحارى التي تحرقها الحرارة الاستوائية.

في مثل هذه البيئة شديدة الملوحة ، وكذلك الحرارة الزائدة ، لا يمكن أن توجد كائنات حية بها أغشية عادية. هذه الحقيقة ذات أهمية كبيرة فيما يتعلق بإمكانية استخدام bacteriorhodopsin كمحول للطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.

إذا كانت الجراثيم التي ترسخت تحت تأثير أيونات الكالسيوم مضاءة ، فبإمكانك استخدام مقياس الفولتميتر للكشف عن وجود جهد كهربائي على الأغشية. إذا أطفأت الضوء ، فإنه يختفي. وهكذا ، أثبت العلماء أن البكتريا الحلزونية يمكن أن تعمل كمولد تيار كهربائي.

في مختبر العالم الشهير ، المتخصص في مجال الطاقة الحيوية V.P. Skulachev ، تمت دراسة عملية دمج البكتيرودودوبسين في غشاء مسطح وظروف تشغيله كمولد تيار كهربائي يعتمد على الضوء.

في وقت لاحق ، في نفس المختبر ، تم إنشاء عناصر كهربائية تستخدم فيها مولدات البروتين للتيار الكهربائي. تحتوي هذه العناصر على مرشحات غشائية مشربة بالفسفوليبيدات مع بكتيرودوبسين وكلوروفيل. يعتقد العلماء أن المرشحات المماثلة مع مولدات البروتين ، المتصلة في سلسلة ، يمكن أن تكون بمثابة بطارية كهربائية.

جذبت الأبحاث حول استخدام مولدات البروتين في مختبر V.P. Skulachev انتباه العلماء. في جامعة كاليفورنيا ، ابتكروا البطارية نفسها التي ، عندما تستخدم لمدة ساعة ونصف ، توهج المصباح الكهربائي.

تعطي النتائج التجريبية الأمل في أن يتم استخدام خلايا الصور الفوتوغرافية المبنية على بكتريا هيدروفينية وكلوروفيل كمولدات للطاقة الكهربائية. تعتبر التجارب التي أجريت هي المرحلة الأولى في إنشاء أنواع جديدة من الخلايا الكهروضوئية وخلايا الوقود القادرة على تحويل الطاقة الضوئية بكفاءة عالية.

انظر أيضا: مصادر الطاقة البديلة الأخرى

Comments

[#1]

يوم جيد للجميع! ماذا تفعل إذا لم يكن هناك عملياً أي شمس ، ولا ريح ، وبالتالي فإن الحرارة ليست أيضًا من أي مكان. نحن نرمي الحطب والغاز والوقود ومواد التشحيم. وهناك درجة حرارة من +10 إلى -5. السؤال: كيفية استخدام هذه درجة الحرارة لتوليد الكهرباء؟

[#2 سخان المحرك]

كل شيء في الحياة هو ببساطة Helga ، والطاقة بسيطة مثل العالم. يمكنك الجدال معي حول البساطة ، لكن دعني أخبرك أنه من المبكر جدًا أن تعرف الإنسانية هذه الوصفة. أولاً ، علينا أن نتعلم كيف نتعاون مع بعضنا البعض ، لإيقاف الحروب والدمار. لتعليم الناس خلق ، وليس خلق القمامة ، والإبداع. ثم ينكسر الغموض. أنا قلق بشأن توازن النظام ، إذا لم يكن لدينا مكان نعيش فيه لنزعجه. إذا فهمتني ، فأنت شخصيا يجب ألا تواجه مشاكل في الطاقة. لا يهم المكان الذي تعيش فيه ، على قطب الأرض ، على القمر أو في اتساع الكون. إذا لم يكن لديك ما يكفي من المال أو الموارد الأخرى ، فمن المرجح أنك لن تفهمني حتى تتعلم العيش وفقًا لقوانين الطبيعة. وبعد ذلك ، عندها فقط سترى بحرًا من الطاقة ، وسترى أنهارًا تتدفق إلى هذا البحر.