Energia elektryczna z sałaty morskiej 02.01.2022

Naukowcy z Technion – izraelskiego Instytutu Technologii – opracowali nową metodę generowania prądu elektrycznego bezpośrednio z wodorostów w sposób przyjazny dla środowiska i wydajny.

Pomysł, który po raz pierwszy wpadł na myśl doktorantowi Technion, Yanivowi Schlosbergowi podczas pływania na plaży, został zrealizowany przez zespół naukowców z trzech wydziałów Technion, które są członkami Dużego Programu Energetycznego Technion (GTEP), wraz z badaczem z Izraelski Instytut Oceanografii i Limnologii w Hajfie (IOLR).

Jak wiadomo, spalanie paliw kopalnych prowadzi do emisji gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń wpływających na zmiany klimatu, a różne formy zanieczyszczenia środowiska występują na wszystkich etapach produkcji, transportu, przetwarzania i zużycia tych paliw. Kryzys klimatyczny i kwestie środowiskowe są siłą napędową badań i poszukiwań alternatywnych, czystych i odnawialnych źródeł energii. Jednym z nich jest wykorzystanie żywych organizmów (np. bakterii) jako źródła prądu w mikrobiologicznych ogniwach paliwowych (MFC) i biofotowoltaicznych ogniwach BPEC. Niektóre bakterie mają zdolność przenoszenia elektronów, ale muszą być stale karmione, a niektóre z nich są patogenne.

Alternatywnym źródłem elektryczności mogą być bakterie fotosyntetyczne, zwłaszcza sinice (znane również jako sinice). Same sinice czerpią pożywienie z dwutlenku węgla, wody i światła słonecznego iw większości przypadków są nieszkodliwe – niektóre z nich, takie jak „spirulina”, są powszechnie uważane za „superfoods” i są hodowane w dużych ilościach.

Zespoły badawcze profesorów Noama Adira i Gadi Schustera opracowały już metody wykorzystania sinic do wytwarzania energii elektrycznej i paliwa wodorowego. Sinice mają jednak również wady – wytwarzają mniej prądu w ciemności, kiedy nie ma fotosyntezy, a otrzymywana z nich energia jest mniejsza niż z konwencjonalnych ogniw słonecznych. Dlatego technologia BPEC, choć bardziej przyjazna dla środowiska, jest mniej atrakcyjna komercyjnie.

W swojej nowej pracy naukowcy z Technion i IOLR próbowali rozwiązać ten problem, wykorzystując nowe źródło fotosyntezy - algi. Badania prowadzili prof. Noam Adir i doktorant Yaniv Schlosberg z Wydziału Chemii Technion i GTEP. Współpracowali z innymi badaczami Technion: dr Tunde Toth (Wydział Chemii), prof. Gadi Shuster, dr David Merii, Nimrod Krupnik i Benjamin Eichenbaum (Wydział Biologii), dr Omer Yehezkeli i Matan Meyrovic (Wydział Biotechnologii i Inżynierii Żywności) i dr Alvaro Israel z IOLR w Hajfie. Wiele rodzajów wodorostów rośnie naturalnie na izraelskim wybrzeżu Morza Śródziemnego - zwłaszcza ulva (znana również jako sałata morska), która jest uprawiana w dużych ilościach w IOLR do celów badawczych.

Opracowując nowe sposoby łączenia glonów i BPEC, naukowcy uzyskali prąd 1000 razy silniejszy niż prąd sinic i jest na poziomie standardowych ogniw słonecznych. Profesor Adir zauważa, że ​​ta obecna siła wynika z wysokiego tempa fotosyntezy alg i zdolności do wykorzystywania alg w ich naturalnej wodzie morskiej jako elektrolitu w BPEC. Dodatkowo wodorosty wytwarzają prąd w ciemności, generując około 50% prądu w świetle – w ciemności źródłem energii jest oddychanie alg, w których cukry uzyskane podczas fotosyntezy wykorzystywane są do odżywiania. Podobnie jak w przypadku sinic, do wytworzenia prądu nie są wymagane żadne dodatkowe chemikalia. „Sałata morska” uwalnia cząsteczki pośredniczące, które przenoszą elektrony na elektrodę BPEC, tworząc w ten sposób prąd elektryczny.

Technologie produkcji energii oparte na paliwach kopalnych są znane jako „dodatni węgiel”. Oznacza to, że podczas spalania paliwa do atmosfery uwalniany jest węgiel. Technologie ogniw słonecznych są znane jako „neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla”, a kiedy pobierają energię ze słońca, żaden nowy węgiel nie jest tak naprawdę uwalniany do atmosfery. Jednak produkcja ogniw słonecznych i ich transport do miejsca użytkowania jest wielokrotnie bardziej emisyjny. Nowa technologia bioelektryczności opracowana w Technionie jest prawdziwie „węglowo-ujemna” – wodorosty rosną absorbując atmosferyczny węgiel w ciągu dnia i uwalniając tlen, a dopiero nocą uwalniają węgiel podczas oddychania. Jednocześnie wodorosty morskie są już uprawiane na masową skalę dla przemysłu spożywczego, kosmetycznego i farmaceutycznego.