إنتاج طاقة “خضراء” من “الخلايا الشمسية الحيوية” للنباتات الحية
على الرغم من أن النباتات يمكن أن تكون مصدرًا للغذاء والأكسجين والديكور، إلا أنها لا تعتبر غالبًا مصدرًا جيدًا للكهرباء، ولكن من خلال جمع الإلكترونات المنقولة بشكل طبيعي داخل الخلايا النباتية، يمكن للعلماء توليد الكهرباء كجزء من خلية شمسية بيولوجية “خضراء”.
استخدم الباحثون الذين قدموا تقارير في ACS Applied Materials & Interfaces ، لأول مرة، نباتًا عصاريًا لإنشاء “خلية شمسية حيوية” تعمل على التمثيل الضوئي.
في جميع الخلايا الحية، من البكتيريا والفطريات إلى النباتات والحيوانات، يتم نقل الإلكترونات حولها كجزء من العمليات الكيميائية الحيوية الطبيعية، ولكن في حالة وجود أقطاب كهربائية ، يمكن للخلايا أن تولد بالفعل كهرباء يمكن استخدامها خارجيًا.
يقود الضوء تدفق الإلكترونات
ابتكر باحثون سابقون خلايا وقود بهذه الطريقة من البكتيريا، ولكن كان لابد من تغذية الميكروبات باستمرار، بدلاً من ذلك، تحول العلماء، بما في ذلك فريق نعوم أدير، إلى التمثيل الضوئي لتوليد التيار.
خلال هذه العملية، يقود الضوء تدفق الإلكترونات من الماء، مما يؤدي في النهاية إلى توليد الأكسجين والسكر، وهذا يعني أن خلايا التمثيل الضوئي الحية تنتج باستمرار تدفقًا من الإلكترونات يمكن سحبها بعيدًا كـ “تيار ضوئي” واستخدامها لتشغيل دائرة خارجية، تمامًا مثل الخلية الشمسية.
تحتوي بعض النباتات – مثل العصارة الموجودة في البيئات القاحلة – على بشرة سميكة للحفاظ على الماء والمواد المغذية داخل أوراقها.
أراد الباحثون، أن يختبروا لأول مرة، ما إذا كان التمثيل الضوئي في العصارة يمكن أن يولد طاقة للخلايا الشمسية الحية، باستخدام المياه الداخلية والمغذيات كمحلول إلكتروليت لخلية كهروكيميائية.
خلية شمسية حية باستخدام العصارة
ابتكر الباحثون خلية شمسية حية باستخدام العصارة Corpuscularia lehmannii ، والتي تسمى أيضًا “مصنع الجليد”، قاموا بإدخال أنود حديدي، وكاثود بلاتينيوم في إحدى أوراق النبات، ووجدوا أن جهده كان 0.28 فولت، عند توصيله بدائرة، ينتج ما يصل إلى 20 ميكرو أمبير/ سم 2 من كثافة التيار الضوئي، عند تعرضه للضوء ويمكن أن يستمر في إنتاج التيار لأكثر من يوم.
على الرغم من أن هذه الأرقام أقل من تلك الموجودة في البطاريات القلوية التقليدية، إلا أنها تمثل ورقة واحدة فقط، تشير الدراسات السابقة على الأجهزة العضوية المماثلة إلى أن توصيل أوراق متعددة في سلسلة يمكن أن يزيد الجهد.
صمم الفريق على وجه التحديد الخلية الشمسية الحية، بحيث يمكن دمج البروتونات الموجودة في محلول الأوراق الداخلية، لتكوين غاز الهيدروجين عند الكاثود، ويمكن جمع هذا الهيدروجين واستخدامه في تطبيقات أخرى.
يقول الباحثون، إن طريقتهم يمكن أن تمكن من تطوير تقنيات الطاقة الخضراء المستدامة ومتعددة الوظائف في المستقبل.
