http://www.eprussia.ru/epr/194/13868.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 06 (194) март 2012 года
Солнечная батарея из хлорофилла
Андреас Мершин и его коллеги из Массачусетского технологического института построили опытные батареи на основе светособирающего комплекса биологических молекул – фотосистемы I (PS-I). Она была взята у цианобактерии thermosynechococcus elongates.
Фотосистемы являются важными компонентами комплексов, отвечающих за фотосинтез в растениях и сине-зеленых водорослях. Они состоят из нескольких вариаций хлорофилла и сопутствующих молекул – протеинов, липидов и коэнзимов. Общее число молекул в таком наборе – до двух с лишним сотен.
КПД полученных батарей составил всего лишь около 0,1 процента. Тем не менее создатели диковинки считают ее важным шагом на пути массового внедрения солнечной энергетики в быт. Ведь потенциально такие устройства могут производиться с низкими затратами.
В идеале биологические батареи могли бы делать сами потребители у себя дома, пользуясь недорогими химреактивами, а также мусором с участка или фермы.
– Вы сможете использовать в качестве сырья все зеленое, даже скошенную траву, – прогнозирует Мершин.
Авторы нового преобразователя считают, что опыт с его построением может быть повторен даже в колледже или школе с более-менее развитой химической лабораторией. А в дальнейшем инструкцию по сборке «фотогальванической ячейки из травы» можно будет поместить на одной страничке, причем отразить практически без слов, одними картинками.
Упрощение всех этапов создания такой батареи – основная заслуга изобретателей. Ранее для концентрации молекул PS-I применялись центрифуги, но команда Андреаса предложила альтернативу – недорогие мембраны.
Никаких специальных лабораторных условий для их применения не нужно.
– Состав может быть очень грязный, и он все еще будет работать, так его спроектировала природа, – рассказывает исследователь. – Природа работает в грязной среде, это результат миллиардов экспериментов на протяжении миллиардов лет.
После ряда усовершенствований КПД «травяных батарей» можно поднять до 1‑2 процентов, и это будет уже коммерчески жизнеспособный уровень.
Опытные фотоэлектрические ячейки представляют собой сэндвич из пары слоев стекла, тонких проводящих покрытий (оксид олова, легированный фтором или индием), строительных лесов из диоксида титана или оксида цинка и смеси бактериального фотоулавливающего комплекса PS-I со стабилизирующим его пептидным набором A6K. Пространство между листами заполнено еще и электролитом, содержащим ионы кобальта.
Для того чтобы добиться выдающихся параметров прибора, ученым пришлось решить ряд проблем.
Дело в том, что опыт явился развитием работы, начатой еще восемь лет назад молекулярным биологом Шугуаном Чжаном из того же института.
Предыдущие ячейки, заимствовавшие фотосистемы у растений или бактерий, могли нормально работать только под концентрированным светом лазера, то есть в узком диапазоне длин волн.
Второй недостаток прежних вариантов «живой батареи» – для их изготовления были необходимы дорогие химические вещества и современное оборудование лаборатории.
Третья важная проблема – надежная и долговременная стабилизация извлеченных из растений молекулярных комплексов. Вне клетки PS-I существует недолго. Но сотрудники института разработали набор поверхностно активных пептидов, способных обволакивать систему PS-I, сохраняя ее на большой срок.
Наконец, было еще одно давнее препятствие: фотосистема повреждалась от ультрафиолетового излучения. Но эту преграду удалось преодолеть в ходе решения другой задачи – повышения эффективности сбора света.
Комплексы PS-I ученые высеивали не на гладкой подложке, как это было в прежних экспериментах, а на поверхности с огромной эффективной площадью.
В роли такой основы выступили губка из диоксида титана (толщиной 3,8 микрометра и с размером пор в 60 нанометров) и плотный «лес» стержней из оксида цинка (с высотой в несколько микрометров и диаметром в доли микрометра).
Оба варианта фотоанода показали сходные результаты. Причем они не только позволили заметно увеличить число молекул хлорофилла, выставленных под свет, но и отчасти защитили комплексы PS-I от ультрафиолетовых лучей. Ведь оба материала являются хорошими их поглотителями.
Кроме того, титановая наногубка и цинковый нанолес сыграли роль каркаса и выполнили функцию переносчика электронов. А на PS-I возлагалась задача сбора света, его усвоения и разделения зарядов, аналогично тому, как это происходит в клетках.
Между прочим, ранее ученые немало времени потратили на развитие еще одного специфического направления в солнечной энергетике. Это – элементы на сенсибилизированных красителях. Последние не используют биологические фотосистемы буквально, но зато пытаются их копировать.
Пока рано говорить, какой вариант солнечных батарей окажется более оправдан. Тем не менее в нынешнем проекте принимал участие Михаэль Гретцель из лаборатории фотоники и интерфейсов Швейцарского политехнического института, известный как создатель рекордной батареи на красителях.
Возможно, что вместо копирования природных светоулавливающих комплексов выгоднее окажется извлекать концентрат нужных молекул из листьев. Есть и еще более яркая идея – подключать подобные живые генераторы почти напрямую в сеть.
СРО, Мощность, Напряжение , Солнечная энергетика, Кабельная арматура, Провод,
Отправить на Email
-
22.12.2020 13:23:00Поздравляем с Днем энергетика!
30545
Поздравления с Днем энергетика и Новым 2021 годом
Коллектив редакции "Энергетики и промышленности России" поздравляет всех читателей с профессиональным праздником - Днем энергетика!
Так исторически сложилось, что этот праздник ...Кабельная арматура, Газпром, ГРЭС, ЕЭС, Изолятор, Кабель, Мощность, МРСК, ОГК, Сети, ТГК, Тепловые сети, Теплоснабжение, Трансформаторы, Турбины, ТЭЦ, Электричество, Электроэнергия, Энергия, Энергосбережение, Провод, Электростанция, Электроэнергетика, Энергетические системы, СРО
22.12.2020 13:18:00С Днем энергетика!
18302
Поздравления с Днем энергетика и Новым 2021 годом
Уважаемые читатели!
Редакция газеты «Энергетика и промышленность России» поздравляет вас с профессиональным праздником – Днем энергетика. Наверное, есть глубокий смысл в том, что праздник энергетиков приходится на день зимнего солнцестояния, поворота от темн...Электростанция, Генерация, Кабель, Мощность, Напряжение, Подстанции, Сети, ТЭС, ТЭЦ, Электричество, Энергоснабжение, Электроэнергия, Энергия, Энергосбережение, Кабельная арматура, Провод, Электроэнергетика
-
14.01.2015 Ольга КУЛЕШКто снижает эффективность сетей?
1049
В Псковской области неизвестные вывели из строя два трансформатора, часть похищенного оборудования обнаружена на нелегальном пункте приема металлов.
СРО, МРСК, Трансформаторы, Кабельная арматура, Провод, Электроэнергетика
14.01.2015 Беседовала Ольга ТРУНОВАЭнергоконтроль – польза или обязательство?
2235
Как утверждают специалисты, профессиональный энергоаудит сегодня является гарантией повышения энергоэффективности и позволяет решить сразу несколько важных проблем.
Кабельная арматура, Энергосбережение, Провод, Электроэнергетика, СРО
14.01.2015 Беседовала Ольга МАРИНИЧЕВАЭнергетики Урала тестируют инновации
2084
МРСК Урала, крупнейшая из российских межрегиональных распределительных сетевых компаний, обеспечивает электроснабжение 1,6 миллиона потребителей, в том числе 30 тысяч промышленных предприятий.
Кабельная арматура, Изоляция, Кабель, ЛЭП, Мощность, МРСК, Напряжение, Подстанции, Сети, Трансформаторы, СРО
14.01.2015 Игорь ГЛЕБОВВ Тюменской области – масштабный энергоаудит
864
В 2012 году ОАО «Тюменская энергосбытовая компания» планирует провести энергоаудит на двух тысячах объектов региона.
Кабельная арматура, Кабель, Подстанции, Сети, Приборы учета, Трансформаторы, Электроэнергия, Энергия, Энергосбережение, Электрические сети, Энергосбыт
-
12.05.2018 05:55:14Цифровизация: от концепции – к практическим решениям
25487
Круглый стол «Цифровые технологии в управлении энергетическими системами», организованный «Энергетикой и промышленностью России» в рамках Российского международного энергетического форума, мы стремились сориентировать на предельно конкретные вопросы. В начале мероприятия модератор – главный редактор «ЭПР» Валерий Пресняков отметил, что участникам предоставляется возможность рассказать о своих практических решениях, так или иначе нацелен...
Инновации
12.06.2018 19:59:26 Славяна РУМЯНЦЕВАЦифровизация энергетики: от «интеллектуальных» турбин до «умных» сетей
24231
Никогда прежде мир не был так тесно связан и настолько «оцифрован», как сегодня. Дигитализация уже превратилась в неотъемлемую часть настоящего.
Цифровизация, Smart Grid, Инновации, Турбины
19.06.2018 13:52:08 Павел ШАЦКИЙ, первый заместитель генерального директора ООО «Газпром энергохолдинг»ДПМ-2: драйвер роста или обуза для потребителей?
21271
Философский вопрос о первичности «курицы или яйца» в случае с перспективами российской энергетики звучит так: стимулировать ли инвестиции в энергетику с целью технологического прорыва в целом ряде секторов экономики или сдерживать тарифы, чтобы дать фору для развития несырьевым секторам?
Электроэнергетика, Инвестиции
21.10.2018 06:54:56К обновлению с КОММодом: роли и декорации очередной модернизации
14216
ДПМ-2, ДПМ-штрих и, наконец, новое, пока неизвестное широкой отраслевой публике понятие – КОММод, обозначают одну программу, цели и суть которой заключаются в модернизации генерирующих мощностей отечественной энергетики. Все просто и сложно одновременно, поскольку профессиональное сообщество разделилось на тех, кто ждет от грядущей программы прорывных результатов, и на тех, кто осторожно заявляет о назревших рисках.
Модернизация в энергетике
30.05.2018 00:55:50 Ирина КРИВОШАПКАЭнергоэффективность как экономия и безопасность
11713
Благодаря энергосервисным контрактам многие российские регионы экономят миллионы, направляя их на собственное развитие. Но похвастаться победами может далеко не каждый субъект РФ. Директор Ассоциации региональных операторов капитального ремонта Анна Мамонова отмечает: исходя из минимального размера взноса, обеспечить энергоэффективность во всех домах невозможно. Профессиональное сообщество совместно с ...
Энергосбережение, Энергоэффективность
