Stanford -forskere finder elektrisk strøm, der stammer fra planter

I en elektrificerende først, Stanford -forskere har tilsluttet algerceller og udnyttet en lille elektrisk strøm. De fandt det ved selve energiproduktionskilden - fotosyntese, en plantes metode til at omdanne sollys til kemisk energi. Det kan være et første skridt i retning af at generere "højeffektiv" bioelektricitet, der ikke afgiver kuldioxid som et biprodukt, siger forskerne.

"Vi mener, at vi er de første til at udtrække elektroner fra levende planteceller, "sagde WonHyoung Ryu, hovedforfatteren af ​​papiret, der blev offentliggjort i martsnummeret af Nano bogstaver . Ryu gennemførte eksperimenterne, mens han var forskningsassistent for professor i maskinteknik Fritz Prinz.

Stanford -forskerholdet udviklede en unik, ultraklar nanoelektrode lavet af guld, specielt designet til sondering inde i celler. De skubbede det forsigtigt gennem algecellemembraner, som forseglede det, og cellen forblev i live. Fra fotosyntetiserende celler, elektroden indsamlede elektroner, der var blevet strømført af lys, og forskerne genererede en lille elektrisk strøm.

"Vi er stadig i de videnskabelige faser af forskningen, "sagde Ryu." Vi havde at gøre med enkeltceller for at bevise, at vi kan høste elektronerne. "

Planter bruger fotosyntese til at konvertere lysenergi til kemisk energi, som opbevares i de sukkerbindinger, de bruger til mad. Processen finder sted i kloroplaster, de cellulære kraftcentre, der laver sukker og giver blade og alger deres grønne farve. I kloroplaster, vand opdeles i ilt, protoner og elektroner. Sollys trænger ind i kloroplasten og zapper elektronerne til et højt energiniveau, og et protein griber dem straks. Elektronerne føres ned i en række proteiner, som successivt fanger mere og mere af elektronernes energi til at syntetisere sukkerarter, indtil al elektronens energi er brugt.

I dette eksperiment, forskerne opfangede elektronerne, lige efter at de havde været begejstrede for lys og var på deres højeste energiniveauer. De placerede guldelektroderne i kloroplaster af alger, og hævede elektronerne for at generere den lille elektriske strøm.

Resultatet, siger forskerne, er elproduktion, der ikke frigiver kulstof til atmosfæren. De eneste biprodukter ved fotosyntese er protoner og ilt.

"Dette er potentielt en af ​​de reneste energikilder til energiproduktion, "Sagde Ryu." Men spørgsmålet er, er det økonomisk muligt? "

Ryu sagde, at de var i stand til at trække fra hver celle kun en picoampere, en mængde elektricitet, der er så lille, at de ville have brug for en billion celler til at fotosyntese i en time bare for at svare til mængden af ​​energi, der er lagret i et AA -batteri. Ud over, cellerne dør efter en time. Ryu sagde, at små lækager i membranen omkring elektroden kan dræbe cellerne, eller de dør måske, fordi de mister energi, som de normalt ville bruge til deres egne livsprocesser. Et af de næste trin ville være at justere designet af elektroden for at forlænge cellens levetid, Sagde Ryu.

Høstning af elektroner på denne måde ville være mere effektiv end afbrænding af biobrændstoffer, da de fleste anlæg, der brændes til brændstof, i sidste ende kun gemmer omkring 3 til 6 procent af tilgængelig solenergi, Sagde Ryu. Hans proces omgår behovet for forbrænding, som kun udnytter en del af en plantes lagrede energi. Elektronhøstning i denne undersøgelse var omkring 20 procent effektiv. Ryu sagde, at det teoretisk set kunne nå 100 procent effektivitet en dag. (Fotovoltaiske solceller er i øjeblikket omkring 20-40 procent effektive.)

Mulige næste trin ville være at bruge et anlæg med større kloroplaster til et større opsamlingsområde, og en større elektrode, der kunne fange flere elektroner. Med en plante med længere levetid og bedre opsamlingsevne, de kunne opskalere processen, Sagde Ryu. Ryu er nu professor ved Yonsei University i Seoul, Sydkorea.