Группа ученых под руководством Итамара Виллнера (Itamar Willner) из
Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль) искала способы создания
источников питания на базе фотосистемы II, для работы которых не
требовался какой-либо химический компонент (углекислый газ,
катализатор), разрушающийся в процессе использования.
Виллнер и его коллеги решили эту проблему при помощи двух "природных"
компонентов на полюсах батарейки. Анод - отрицательный полюс устройства
- изготовлялся следующим образом.
Сначала ученые вырастили колонию сине-зеленых бактерий Mastigocladus
laminosus и извлекли молекулы фотосинтезирующих белков из их клеток.
Затем физики изготовили небольшой золотой электрод, поверхность которого
была покрыта специальным полимером и к свободным "хвостам" которого
прикреплялись молекулы фотосистемы II. Этот полимер исполнял сразу две
функции - он удерживал молекулы фотосистемы на месте и являлся
"проводом", по которому свободные электроны перетекали на золотой
электрод.
Положительный полюс - катод - был изготовлен из стеклоуглерода,
поверхность которого была покрыта углеродными нанотрубками и ферментом
билирубин оксидазой. Это вещество захватывает свободные электроны и
использует их для превращения свободного кислорода в молекулы воды. Как
объясняют физики, такая реакция препятствует улетучиванию кислорода,
который извлекается из молекул воды на аноде.
Авторы статьи собрали экспериментальную биобатарейку и проверили ее
работу. Устройство исправно генерировало электрический ток в течение
трех часов и продолжало его вырабатывать на протяжении 10 часов, снизив
свою эффективность на 10%.
По оценкам исследователей, их изобретение преобразовывает примерно 1%
энергии света в электричество, что является достаточно средним
показателем. Другие фотосинтезирующие аккумуляторы достигают
эффективности в 0,2-3,3%. Тем не менее, такие приборы обычно требуют
непрерывного добавления катализаторов или дополнительных реагентов и
вывода продуктов реакции, что делает их непригодными для промышленного и
бытового использования.
Исследователи планируют улучшить работу своего изобретения,
разработав более эффективные методы "упаковки" и присоединения молекул
фотосистемы к отрицательному полюсу биобатареи.
|