Водоросли: ключ к бесконечному источнику энергии?

Лаборатории университета Сантьяго больше похожи на болото. Повсюду стоят мензурки, ведра и контейнеры с водой, в которых вольготно плавают слизистые зеленые водоросли. Но плавают не просто так, ученые из столицы Чили делают все возможное, чтобы превратить эти простейшие организмы в эффективный источник электрической энергии.

Есть большие перспективы

Чилийские исследователи занимаются биофотовольтаикой, то есть используют фотосинтезирующие организмы типа морских водорослей для преобразования света в электричество. Для этого биологи нанесли водоросли на электроды биофотовольтаических панелей, похожих на солнечные.



Водоросли используют свет для окисления воды. В процессе высвобождаются электроны, которые затем можно направить в электрические цепи. Кислород, выделяющийся при этом, является отличным бонусом.


— Федерико Таска, руководитель проекта.

По его словам, макроводоросли в целом намного перспективнее одноклеточных. Они обладают повышенной живучестью, их легче выращивать, с ними проще работать.


— Таска.

В настоящий момент одна из главных проблем, которая стоит перед человечеством, — найти источники энергии с минимальным вредом для окружающей среды. Отсюда огромная популярность солнечных панелей. Они перерабатывают свет в электричество, которое затем хранится в специальных батареях.

И вот тут-то начинаются проблемы. Дело в том, что аккумуляторы, как правило, имеют большие размеры, следовательно, для их хранения требуется много места. Но это только полбеды, так производство батарей крайне не экологично, в окружающую среду выделяется много вредных веществ.

Посчитано: только одна пальчиковая батарейка (формат AA) способна загрязнить тяжелыми металлами площадь до 20 кв. м. А теперь представьте, что может сотворить с экологией многотонный накопитель.

Вот и получается, что солнечная энергетика вроде как и хороша, а вроде и не очень.

Микробы внутри батарейки

Поэтому водоросли в плане безопасности для природы куда лучше и перспективнее. Многократные исследования и эксперименты показали, что из них вполне можно добыть электричество.

В 2020 году английские ученые сумели сделать из сине-зеленых водорослей (цианобактерии) самую настоящую батарейку. И представляете, она проработала… целых полгода!

Итак, для создания аккумулятора с оттенками синевы и зелени исследователи с Туманного Альбиона взяли цианобактерии Synechocystis. Почему их? Да потому что эти микроорганизмы водятся практически везде на планете. Кроме того, этот вид цианобактерий отлично изучен наукой.

Электродом в батарее выступила алюминиевая вата, как материал с наименьшей опасностью для окружающей среды. Начиная эксперимент, ученые опасались: а вдруг водоросли не выдержат контакта с металлом? Но ничего плохого с сине-зелеными не случилось.

В итоге исследователи соорудили что-то вроде пальчиковой батарейки. Внутри нее сидели цианобактерии, которые усиленно перерабатывали солнечный свет в электрическую энергию, более 4 микроватт на сантиметр в квадрате.

Самое интересное: батарейка работала даже в темноте. Водоросли в это время расщепляли пищу. При этом выделялся ток.
На первый взгляд количество вырабатываемого электричества покажется мизерным, но это вовсе не так. Емкость батарейки с цианобактериями хватило, чтобы 32-битный процессор с определенным набором команд проработал 6 месяцев! Мини-ПК Raspberry при этом постоянно и вполне успешно занимался обработкой небольшого массива данных.




— биохимик Паоло Бомбелли.

Его коллега и соавтор по исследованию Кристофер Хоу заметил, что их батарейка может в корне поменять подход к электричеству. Из-за того, что количество устройств растет, людям нужны не просто аккумуляторы, хранящие энергию, а приборы, производящие электричество. И для этого батарейки с сине-зелеными водорослями внутри подходят на 100%.

Вариантов множество

В настоящее время ученые придумали массу способов получения электроэнергии от живых организмов. Например, есть проекты, где используются МТЭ — микробные топливные элементы. Микроорганизмы преобразуют органическое вещество в электричество.



Также давно действуют биогазовые установки. В них происходит анаэробное (бескислородное) брожение, разлагающее биомассу. В конечном итоге образуется метан — газ, который является отличным топливом.

Ученые научились получать энергию даже от термитов и других насекомых. Их ферменты крайне эффективно разлагают древесные отходы, что позволяет вырабатывать немало электричества.

В лабораториях создаются синтетические клетки и целые организмы. В теории они способны производить энергию куда эффективнее, чем в природе.