Как мировое население увеличения, так также делает энергопотребление. Угроза изменения климата означает, что есть насущная необходимость найти уборщика, возобновляемые альтернативы ископаемому топливу, которое не вносит обширные количества парниковых газов с потенциально разрушительными последствиями на нашей экосистеме. Солнечная энергия считается особенно привлекательным источником как в среднем, Земля получает приблизительно в 10,000 раз больше энергии от солнца в данное время, чем требуется потреблением человеком.
В последние годы, в дополнение к синтетическим фотогальваническим устройствам, биогелиотехника (BPVs, также известный как биологические солнечные батареи), появилась в качестве безвредного для окружающей среды и недорогого подхода к сбору урожая солнечной энергии и преобразованию его в электрический ток. Эти солнечные батареи используют фотосинтетические свойства микроорганизмов, такие как морские водоросли, чтобы преобразовать свет в электрический ток, который может использоваться, чтобы обеспечить электричество.
Во время фотосинтеза морские водоросли производят электроны, некоторые из которых экспортируются вне клетки, где они могут обеспечить электрический ток, чтобы привести устройства в действие. До настоящего времени все продемонстрированные BPVs определили местонахождение зарядки (сбор урожая света и электронное поколение), и подача электроэнергии (перейдите к электрической схеме) в единственном отделении; электроны производят ток, как только они спрятались.В новой технике, описанной в журнале Nature Energy, исследователи от отделов Биохимии, Химии и Физики сотрудничали, чтобы разработать систему BPV с двумя палатами, где два основных процесса, вовлеченные в операцию солнечной батареи – поколение электронов и их преобразования, чтобы двинуться на большой скорости – отделены.«У зарядки и подача электроэнергии часто есть противоречивые требования», объясняет Кади Льис Саар Отдела Химии. «Например, зарядное устройство должно быть выставлено солнечному свету, чтобы позволить эффективную зарядку, тогда как часть подачи электроэнергии не требует воздействия света, но должна быть эффективной при преобразовании электронов к току с минимальными потерями».
Строительство системы с двумя палатами позволило исследователям проектировать эти две единицы независимо, и через это оптимизируют выполнение процессов одновременно.«Выделение зарядки и подачи электроэнергии означало, что мы смогли увеличить исполнение единицы подачи электроэнергии посредством миниатюризации», объясняет профессор Туомас Ноулз от Отдела Химии и Кавендишской лаборатории. «В миниатюрных весах жидкости ведут себя очень по-другому, позволяя нам проектировать клетки, которые более эффективны, с более низким внутренним сопротивлением и уменьшили электрические потери».Команда использовала морские водоросли, которые были генетически модифицированы, чтобы нести мутации, которые позволяют клеткам минимизировать сумму электрического заряда, рассеянного непроизводительно во время фотосинтеза. Вместе с новым дизайном это позволило исследователям построить биофотогальваническую клетку с плотностью энергии 0.5 W/m2, в пять раз больше чем это их предыдущего дизайна.
В то время как это – все еще только приблизительно одна десятая плотности энергии, обеспеченной обычными солнечными топливными элементами, у этих новых BPVs есть несколько привлекательных особенностей, говорят они.«В то время как обычные основанные на кремнии солнечные батареи более эффективны, чем приведенные в действие морскими водорослями клетки в части энергии солнца, они обращаются к электроэнергии, есть привлекательные возможности с другими типами материалов», говорит профессор Кристофер Хоу от Отдела Биохимии. «В частности, потому что морские водоросли растут и делятся естественно, системы на основе их могут потребовать меньшего количества энергетических инвестиций и могут быть произведены децентрализованным способом».
У отделения компонентов производства энергии и хранения есть другие преимущества, также, скажите исследователей. Обвинение может быть сохранено, вместо того, чтобы иметь необходимость использоваться немедленно – подразумевать, что обвинение могло производиться во время дневного света и затем использоваться в ночном времени.В то время как приведенные в действие морскими водорослями топливные элементы вряд ли произведут достаточно электричества, чтобы привести объединенную энергосистему в действие, они могут быть особенно полезными в областях, таких как сельская Африка, где солнечный свет в изобилии, но нет никакой существующей электрической объединенной энергосистемы. Кроме того, тогда как основанная на полупроводнике синтетическая гелиотехника обычно производится в специальных средствах далеко от того, где они используются, производство BPVs могло быть выполнено непосредственно местным сообществом, сказать исследователей.
«Это большой шаг вперед в поиске альтернативного, более зеленого топлива», говорит доктор Паоло Бомбелли, от Отдела Биохимии. «Мы полагаем, что эти события приблизят водорослевые системы к практическому внедрению».