Forskare knackar på en elektrisk ström som härrör från växter

Alla Nyheter

alger-jim-conrad.jpgI en elektrifierande först kan ny forskning leda till produktion av el som inte släpper ut kol i atmosfären. Stanfords forskare har anslutit till alger celler och utnyttjat en liten elektrisk ström vid källan till energiproduktion - fotosyntes. Att utnyttja anläggningens metod för att omvandla solljus till kemisk energi kan vara ett första steg mot att generera högeffektiv bioelektricitet som inte avger koldioxid som en biprodukt, säger forskarna.

'Vi tror att vi är de första som extraherar elektroner ur levande växtceller', säger WonHyoung Ryu, huvudförfattaren till tidningen som publicerades i mars av forskare inom maskinteknik.


Stanfords forskargrupp utvecklade en unik, ultra-skarp nanoelektrod gjord av guld, speciellt utformad för sondering inuti celler. De pressade den försiktigt genom algcellmembranen, som sedan förseglades runt den. Från fotosyntescellerna samlade elektroden elektroner som hade fått energi av ljus och forskarna genererade en liten elektrisk ström.

Tidigt forskningsskede

'Vi befinner oss fortfarande i de vetenskapliga stadierna av forskningen', säger Ryu. 'Vi hade att göra med enstaka celler för att bevisa att vi kan skörda elektronerna.'

Växter använder fotosyntes för att omvandla ljusenergi till kemisk energi, som lagras i bindningarna av sockerarter som de använder för mat. Processen äger rum i kloroplaster, de cellulära kraftverk som gör sockerarter och ger löv och alger sin gröna färg. I kloroplasterna delas vatten i syre, protoner och elektroner. Solljus tränger igenom kloroplasten och zappar elektronerna till en hög energinivå, och ett protein tar snabbt tag i dem. Elektronerna skickas ner i en serie proteiner som successivt fångar mer och mer av elektronernas energi för att syntetisera sockerarter tills all elektronens energi är förbrukad.


I detta experiment avlyssnade forskarna elektronerna strax efter att de hade blivit upphetsade av ljus och var på sina högsta energinivåer. De placerade guldelektroderna i kloroplasterna i algerna och släppte av elektronerna för att generera den lilla elektriska strömmen.

Resultatet, säger forskarna, är elproduktion som inte släpper ut kol i atmosfären. De enda biprodukterna från fotosyntesen är protoner och syre.


'Detta är potentiellt en av de renaste energikällorna för energiproduktion,' sa Ryu. 'Men frågan är, är det ekonomiskt genomförbart?'

Minuscule mängd el

Ryu sa att de kunde dra från en cell bara en picoampere, en mängd elektricitet så liten att de skulle behöva en biljon celler fotosyntes i en timme bara för att motsvara den mängd energi som lagrats i ett AA-batteri. Dessutom dör cellerna efter en timme. Ryu sa att små läckage i membranet runt elektroden kan döda cellerna, eller så kan de dö för att de tappar energi som de normalt skulle använda för sina egna livsprocesser. Ett av nästa steg skulle vara att justera designen av elektroden för att förlänga cellens livslängd, sa Ryu.

Att skörda elektroner på detta sätt skulle vara effektivare än att bränna biodrivmedel, eftersom de flesta växter som bränns för bränsle i slutändan endast lagrar cirka 3 till 6 procent av tillgänglig solenergi, sa Ryu. Hans process kringgår behovet av förbränning, som endast utnyttjar en del av en växts lagrade energi. Elektronskörd i denna studie var cirka 20 procent effektiv. Ryu sa att det teoretiskt sett kunde nå 100 procents effektivitet en dag. (Solceller med solceller är för närvarande cirka 20 till 40 procent effektiva.)


Möjliga nästa steg skulle vara att använda en anläggning med större kloroplaster för ett större uppsamlingsområde och en större elektrod som kan fånga fler elektroner. Med en långlivad växt och bättre insamlingsförmåga kunde de skala upp processen, sa Ryu. Ryu är nu professor vid Yonsei University i Seoul, Sydkorea.