Konieczność odejścia od paliw kopalnych do bardziej zrównoważonej produkcji energii skłoniła naukowców do badania różnych alternatywnych metod jej pozyskiwania. Uczeni w niedawnych badaniach przyglądnęli się algom – potencjalnemu źródłu energii, które nie tylko nie emituje dwutlenku węgla, ale usuwa go z atmosfery w trakcie pracy.
W badaniach opublikowanych na łamach pisma „Energies” (DOI: 10.3390/en17071749) naukowcy z Wisconsin Concordia University opisali metodę pozyskiwania energii z procesu fotosyntezy alg zawieszonych w specjalnym roztworze i umieszczonych w małych bioreaktorach. Mogą one generować wystarczająco dużo energii, aby zasilać urządzenia o niskim poborze mocy.
Ujemne emisje dwutlenku węgla
Mikrofotosyntetyczne ogniwo energetyczne (µPSC) wytwarza energię elektryczną poprzez wykorzystanie żywych organizmów fotosyntetycznych – alg. Oferuje to dwie zalety. Jest to technologia charakteryzująca się ujemnymi emisjami dwutlenku węgla – generuje czystą energię i jednocześnie pochłania dwutlenek węgla ze środowiska. W procesie tym jedynym produktem ubocznym jest woda.
– Podobnie jak ludzie, algi nieustannie oddychają, ale pobierają dwutlenek węgla z atmosfery i uwalniają tlen. Ze względu na swój mechanizm fotosyntezy uwalniają również elektrony podczas oddychania – wyjaśnił Dhilippan Panneerselvam, współautor publikacji.
Mikrofotosyntetyczne ogniwo energetyczne
Opisany w publikacji model układu mikrofotosyntetycznych ogniw energetycznych podzielony jest na małe komory oddzielone specjalnie zaprojektowaną membraną z mikroelektrodami po obu jej stronach. Część komór jest wypełniona algami, a pozostałe żelazicyjankiem potasu. Każda komora ma wymiary zaledwie dwa na dwa centymetry i grubość czterech milimetrów.
Jedne z komór to anody, drugie, katody. Glony znajdują się w roztworze w komorze anodowej, podczas gdy katoda jest wypełniona żelazocyjankiem potasu. Gdy algi w trakcie fotosyntezy zaczynają uwalniać elektrony, zostają one zebrane przez elektrody membrany, tworząc prąd. Tymczasem protony przechodzą przez membranę do katody i powodują utlenianie, co doprowadzi do redukcji żelazocyjanku potasu. – Podczas fotosyntezy generowany jest tlen i elektrony. Nasz model wychwytuje elektrony, co pozwala nam wytwarzać energię elektryczną — powiedział Kirankumar Kuruvinashetti, pierwszy autor badań.
Duży potencjał
System ten, jak przyznał Muthukumaran Packirisamy, kolejny z współautorów publikacji, nie jest jeszcze w stanie konkurować w zakresie wytwarzania energii z innymi, takimi jak ogniwa fotowoltaiczne. Maksymalne możliwe napięcie końcowe pojedynczego mikrofotosyntetycznego ogniwa wynosi zaledwie 1,0 V. Ale autorzy publikacji podkreślają, że ich technologia jest we wstępnych fazach rozwoju i w przyszłości może stać się bardziej wydajna. Tego typu ogniwa mają spory potencjał, by stać się opłacalnym, niedrogim i czystym źródłem energii.
Chociaż wytwarzają mniej energii elektrycznej niż konwencjonalne panele słoneczne, ogniwa energetyczne z alg mają kilka zalet. Ponieważ nie wymagają skomplikowanych składników ani niebezpiecznych gazów, takich jak krzemowe ogniwa słoneczne, są prostsze i tańsze w produkcji. Do tego ich utylizacja jest łatwa, bo zbudowane są z biokompatybilnych polimerów.
Jak przekonują autorzy publikacji, proces ten działa również bez bezpośredniego światła słonecznego, choć przy mniejszej efektywności.
Źródło: Concordia University, The Science Times, fot. Kristian Peters — Fabelfroh, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
