Електрика з морського салату 02.01.2022

Дослідники Техніону – ізраїльського технологічного інституту – розробили новий метод отримання електричного струму безпосередньо з морських водоростей екологічно безпечним та ефективним способом.

Ідея, яка вперше спала на думку докторанту Техніону Яніву Шлосбергу під час купання на пляжі, була реалізована групою дослідників з трьох факультетів Техніону, які є учасниками Великої енергетичної програми Техніону (GTEP), разом із дослідником з Ізраїльського інституту океанографії та лімнології в Хайфі (IOLR ).

Як відомо, спалювання копалин видів палива призводить до викиду парникових газів та інших забруднюючих речовин, що впливають на зміни клімату, причому різні форми забруднення середовища відбуваються на всіх етапах видобутку, транспортування, переробки та споживання цих видів палива. Кліматична криза та проблеми екології є рушійною силою досліджень та пошуків альтернативних, чистих та відновлюваних джерел енергії. Одним з них є використання живих організмів (наприклад, бактерій) як джерело струму в мікробних паливних елементах (MFC) та біофотоелектричні елементи BPEC. Деякі бактерії мають здатність передавати електрони, але їх потрібно постійно годувати, і деякі з них є патогенними.

Альтернативним джерелом електрики можуть бути фотосинтезуючі бактерії, особливо ціанобактерії (також відомі як синьо-зелені водорості). Ціанобактерії самі отримують їжу з вуглекислого газу, води та сонячного світла, і в більшості випадків вони нешкідливі - деякі з них, такі як "спіруліна", взагалі вважаються "суперпродуктами" і вирощуються у великих кількостях.

Дослідницькі групи професорів Ноама Адіра та Гаді Шустера вже розробили методи застосування ціанобактерій для отримання електричного струму та водневого палива. Однак у ціанобактерій є і недоліки - вони виробляють менше струму в темряві, коли немає фотосинтезу, і енергія, що отримується від них менше, ніж від звичайних сонячних елементів. Тому технологія BPEC хоча й екологічно чистіша, але комерційно менш приваблива.

У своїй новій роботі дослідники з Техніону та IOLR спробували вирішити цю проблему, використовуючи нове джерело фотосинтезу – морські водорості. Дослідженням керували професор Ноам Адір та докторант Янів Шлосберг з хімічного факультету Техніону та GTEP. Вони співпрацювали з іншими дослідниками Техніону: доктором Тунде Тот (хімічний факультет), професором Гаді Шустером, доктором Давидом Мерії, Німродом Крупником і Бенджаміном Ейхенбаумом (біологічний факультет), доктором Омером Єхезкелі та Матаном Мейровичем (факультет біотехнології) Альваро Ісраель з IOLR в Хайфі. Багато видів морських водоростей природно ростуть на середземноморському узбережжі Ізраїлю - особливо ульва (також відома як морський салат), яку у великих кількостях вирощують в IOLR для дослідних цілей.

Розробивши нові способи з'єднання водоростей і BPEC, дослідники отримали струм, сила якого в 1000 разів перевищила струм від ціанобактерій, і на рівні стандартних сонячних елементів. Професор Адір зазначає, що така сила струму пояснюється високою швидкістю фотосинтезу морських водоростей та можливістю використовувати водорості в їхній природній морській воді як електроліт у BPEC. Крім того, морські водорості створюють струм і в темряві, генеруючи приблизно 50% сили струму на світлі - у темряві джерелом енергії стає дихання водоростей, при якому цукру, отримані в процесі фотосинтезу, використовуються для живлення. Як і у випадку з ціанобактеріями, жодних додаткових хімікатів для отримання струму не потрібно. "Морський салат" виділяє молекули-посередники для перенесення електронів на електрод BPEC, створюючи таким чином електричний струм.

Технології виробництва енергії на основі викопного палива відомі як "вуглецево-позитивні". Це означає, що в процесі спалювання палива в атмосферу виділяється вуглець. Технології сонячних батарей відомі як "вуглецево-нейтральні", і коли вони отримують енергію Сонця, новий вуглець дійсно не надходить в атмосферу. Однак саме виробництво сонячних елементів та їх транспортування до місця використання у багато разів більш "вуглецеві-позитивні". Розроблена в Техніоні нова технологія біоелектрики є по-справжньому "вуглецево-негативною" - морські водорості ростуть, поглинаючи атмосферний вуглець протягом дня, і виділяючи кисень, і лише вночі виділяють вуглець під час дихання. При цьому морські водорості вже сьогодні культивуються у масовому масштабі для харчової, косметичної та фармацевтичної промисловості.