إن استخدام البكتيريا التي تحول الضوء إلى طاقة يمكن أن يجعل الطاقة الشمسية متاحة على نطاق أوسع في الأماكن الملبدة بالغيوم المصدر: © FotoAndalucia / Fotolia
اكتشف باحثون في جامعة كولومبيا البريطانية طريقة غير مكلفة ومستدامة لبناء الخلايا الشمسية من البكتيريا التي تحول الضوء إلى طاقة.
تنتج بطارياتها الحالية أكثر من الأجهزة السابقة ، وهي فعالة في الضوء الخافت وتحت الضوء القوي.
قد يكون هذا الابتكار خطوة في اعتماد الطاقة الشمسية على نطاق واسع في كولومبيا البريطانية وأجزاء من شمال أوروبا ، حيث تكون الأيام الغائمة شائعة ، مع مزيد من التطوير ، هذه الخلايا الشمسية - تسمى المصادر الحيوية لأنها تتكون من كائنات حية - يمكن أن تصبح فعالة مثل البطاريات الاصطناعية المستخدمة في الألواح الشمسية التقليدية.
وقال Vikramaditya Yadav ، أستاذ قسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية في UBCs الذي قاد المشروع: "لقد قمنا بحل مشكلة قديمة وجعلنا الطاقة الشمسية خطوة مهمة في اتجاه أكثر اقتصادا".
والخلايا الشمسية هي حجر الزاوية في الألواح الشمسية ، فهي مسؤولة عن تحويل الضوء إلى كهرباء ، حيث كانت الجهود السابقة لبناء خلايا شمسية حيوية تركز على استخلاص الصبغات الطبيعية التي تستخدمها البكتيريا في عملية التمثيل الضوئي ، وهي عملية مكلفة ومعقدة تنطوي على مذيبات سامة. قد يسبب تدهور الصبغة.
إن حل الباحثين في UBC هو ترك الأصباغ في البكتيريا ، حيث قامت المهندسة الوراثية بإنتاج E. coli لإنتاج كميات كبيرة من الليكوبين ، وهو صبغة تصنع الطماطم الحمراء البرتقالية ، خاصة عند حصاد الطاقة الضوئية إلى طاقة. لقد طور الباحثون البكتيريا بالمعادن التي يمكن استخدامها كأشباه موصلات وتطبيقها على سطح الزجاج.
يظهر الرسم البياني المفاهيمي أن أنود الخلية الشمسية مصنوع من مادة بيولوجية ، والتي تنتجها بكتيريا كروية برتقالية مغطاة بطبقات ثاني أكسيد التيتانيوم على السطح الذي ينتج الليكوبين. (Photo / Vikramaditya Yadav) يعمل الزجاج المطلي كأنود في أحد طرفي الخلية ، وينتج كثافة حالية تبلغ 0.686 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع ، وهو تحسن يزيد عن 0.362 مللي أمبير التي أنشأها آخرون في الحقل.
وقال ياداف: "سجلنا أعلى كثافة حالية من الخلايا الشمسية الحيوية. يمكن تصنيع المواد الهجينة التي نقوم بتطويرها اقتصاديًا ومستدامًا. وبعد أن يتم تحسينها تمامًا ، يمكن أن تعمل بكفاءة مكافئة للخلايا الشمسية التقليدية".
من الصعب تقدير وفورات التكلفة ، لكن ياداف يعتقد أن هذه العملية يمكن أن تقلل تكلفة إنتاج الصبغة إلى عُشرها ، ويقول ياداف إن "الكأس المقدسة" ستجد طريقة لقتل البكتيريا ، لذلك يمكن للبكتيريا إنتاج أصباغ لأجل غير مسمى.
وأضاف أن هذه المواد الحيوية لها تطبيقات محتملة أخرى في التعدين ، واستكشاف أعماق البحار وغيرها من البيئات منخفضة الإضاءة.
دخل غير مقصود
مثل العديد من الاكتشافات العلمية السابقة ، فإن هذا البحث هو أيضا عرضي. '' كان دافعنا الأول هو تطوير "مصانع صغيرة" للبكتيريا لإنتاج كميات كبيرة من جزيئات الليكوبين والجزيئات الكاروتينية الأخرى لجعل المكملات الغذائية الصحية ، "ياداف. واجه فريقنا تحديات في تخزين الليكوبين المنتج حديثًا.
عندما يتم تخزين اللايكوبين في زجاجات زجاجية شفافة ، فإنها تتدهور بسرعة ، بحيث يتحول الباحثون إلى زجاجات غير شفافة ، ويتم حل المشكلة ، ولكن هذا الاكتشاف قد تسبب في المزيد من المشكلات العلمية ، وفتح الباحثون. طريقة جديدة للاستكشاف ". في الكيمياء ، عادة ما يعني الانحطاط إطلاق الإلكترونات. نعتقد: إذا كان معدل إطلاق الإلكترون عاليًا بما فيه الكفاية ، فهل يمكن أن ينتج تيارًا قابلاً للقياس؟" قال ياداف.
"فريق الطلبة المسؤولة عن الدراسة، بعد رؤية تغيير الليكوبين في زجاجة شفافة، صاح:" الليكوبين في الشمس بسهولة تتحلل إذا وضعنا في خلية الشمسية في ما سيحدث ؟؟ "هذه القضية أثارت اهتمامنا في تطوير الخلايا الشمسية توعية صبغ،" وذكر ياداف ". قرر استخدام طلاء المعادن مباشرة على البكتيريا هو مقامرة، ومقامرة آتت أكلها في النهاية. مصادفة إنه حليف عظيم من العلماء ، ونحن ممتنون للغاية لهذا الاكتشاف غير المتوقع والطالب الفضولي ، لأنه سأل "لماذا لا أحاول؟"
