Солнечные батареи на основе фотосинтеза — возможно ли такое?

15 Янв

Ученые из Кембриджского университета в Англии нашли способ увеличить эффективность солнечных батарей. В этом им помогла сама природа — система преобразования солнечных лучей в энергию оказалась самой продуманной и продуктивной у растений. Согласно сообщению физиков, открытие заключается в том, что для фотосинтеза и получения энергии эти создания используют квантовую механику, что позволяет перерабатывать излучение наиболее эффективным способом. Свои открытия ученые опубликовали в декабрьском номере журнала Physical Review Letters.

«Ученые во всем мире исследуют работу фотосинтеза на квантовом уровне для того, чтобы спроектировать лучшие солнечные батареи. Мы бы хотели создать систему, которая действительно поможет решить проблему энергетического кризиса», — говорит исследователь Энди Паркер, физик из Кембриджского университета в Англии.

Фотосинтез в растениях и большинстве бактерий имеет много общего с технологией, по которой работают солнечные батареи: зеленый пигмент улавливает энергию света и передает ее электронам, которые при прохождении длинной цепочки химических реакций образуют молекулы с весьма энергоемкими химическими связями, что позволяет накапливать и передавать большое количество энергии. Сейчас исследователи предполагают, что относительно простая биологическая техника, собирающая солнечный свет, в принципе может преобразовывать солнечные лучи в электричество очень эффективно.

Ученые высказывают сомнения в том, что им удастся воспроизвести всю схему, работающую в растениях, целиком: живые системы слишком сложны. К тому же при фотосинтезе происходит обмен не только энергией, но и веществом, что неуместно, если цель — просто получить электричество. Тем не менее, ничто не мешает позаимствовать лишь необходимые для решения поставленной задачи элементы фотосинтеза.

Предложенная модель фотосинтетических солнечных батарей пока существует лишь в теории, ее реализация на практике, разумеется, столкнется со многими трудностями. Исследователи добавляют, что они еще не построили эту систему в реальной жизни, так как моделирование реальных, актуальных систем — более сложный процесс.

Это не первая попытка ученых найти метод, который позволял бы более эффективно использовать площади солнечных батарей и увеличить их коэффициент полезного действия. В 2012-м в лаборатории электроники и органической оптики технологического института Массачусетса (MIT) были созданы необычные солнечные батареи. Команда инженеров и биологов, которыми руководил профессор Марк Балдо, решили, что растительные белки вполне способны вырабатывать энергию, которой хватит, например, для зарядки аккумуляторов ноутбука. В качества натурального преобразователя света в электричество ученые использовали фотосинтетические белки, которые были извлечены из бактерий Rhodobacter sphaeroides и хлоропластов листьев шпината.

КПД таких батарей составляет 12%, и его можно поднять до 20%, что в сочетании с небольшой стоимостью изготовления — серьезная заявка, чтобы вытеснить солнечные панели на полупроводниках. Более того, опыты показали: производство таких белковых панелей позволяет сэкономить энергию, которую затрачивают на изготовление обычных кремниевых солнечных коллекторов на полупроводниках. Также они более экологичны и в перспективе смогут самовосстанавливаться при истечении гарантийного срока, что делает их производство более выгодным.

По материалам: UaEnergy