Popularni Postovi

Izbor Urednika - 2020

Električna energija iz živih biljaka, zelenih elektrana

Tijekom posljednjih nekoliko godina, mnoge tvrtke uključene u razvoj izvora zelene energije provodile su mukotrpna istraživanja s ciljem pronalaženja alternativnih metoda za njihovo stvaranje. Dakle, nizozemska tvrtka Plant-e uspješno je koristila u tu svrhu nusproizvode fotosinteze nekih biljaka koje vole vodu.

Princip proizvodnje električne energije nešto je sličan poznatom školskom eksperimentu, kada elektrode umetnute u krumpir ili limun omogućavaju izdvajanje neke električne energije, međutim, ovdje opisana tehnologija ima složeniji uređaj.

Predstavljanje nove tehnologije Plant-e održano je u jesen 2014. godine u parku u Hamburgu. Projekt se zvao "Zvjezdano nebo", a njegova suština bila je da će 300 običnih LED svjetiljki dobiti električnu energiju iz živih biljaka. To su pokazali svim zainteresiranim promatračima koji su toga dana bili prisutni na prezentaciji.

Zajedno s projektom Starry Sky, Plant-e implementira Wi-Fi sustave napajanja za pristupne točke, punjače za mobilne uređaje, napajanja za osvjetljavanje prometne infrastrukture, putokaze itd., Kao i električne module za instalaciju na krovovi kuća. Sve to djeluje s upotrebom energije dobivene od živih biljaka, a da tim biljkama ne nanese ni minimalnu štetu.

Osnivači Plant-e uvjereni su u revolucionarnu prirodu tehnologije, budući da je metoda potpuno ekološki prihvatljiva, a što je najvažnije, moguće je koristiti ogromna područja močvara i polja riže za proizvodnju električne energije u industrijskim razmjerima gdje je nedostaje, a govorimo o cijelim zemljama.

Tehnologija se temelji na osebujnoj bateriji, to je kvadratni plastični spremnik sa stranom od 50 cm. Kontejner je podijeljen u dva dijela pomoću ionsko selektivne membrane kroz koju se ioni vodika kreću prema katodi.

Komora aerobne katode nalazi se u jednom dijelu spremnika, a anaerobna anodna komora u drugom dijelu. Slobodni elektroni jure prema anodi, koji se putem vanjskog kruga prenose na katodu. Kao rezultat kombinacije vodika i kisika, nastaje voda u katodnoj komori i stvara se električna struja.

To postaje moguće, jer se tijekom fotosinteze solarna energija putem lišća pretvara u organsku tvar, koju biljka zatim kroz korijenje uklanja u okolno vlažno tlo.

Dio organske tvari troši sama biljka kako bi osigurala svoje vitalne funkcije, a preostali dio vode u tlu obrađuju mikroorganizmi, zbog čega nastaju mnogi slobodni elektroni, pa se oni koriste za proizvodnju električne energije. Jednostavno rečeno, elektrode uronjene u ovo vlažno tlo hvataju elektrone i proizvode električnu struju.

Prema Marjolein Elder, izvršnom direktoru tvrtke, jedan kvadratni metar okućnice, opremljen na ovaj način, moći će proizvesti 28 kWh električne energije godišnje, a to je sasvim prikladno za površine od, recimo, 100 četvornih metara ili više, bilo da se radi o vrtnoj parceli ili staklenici opremljeni na sličan način.

Sljedeći korak u ovoj fazi bit će upotreba močvara od strane tvrtke. Prema programerima, u močvari, močvari, rižinom polju ili riječnoj delti vodoravne će potopljene cijevi u kojima će se dogoditi postupak sličan procesu u kvadratnim ćelijama. Cjevasti prototip je već stvoren, a na tržište će biti predstavljen u narednih tri do pet godina.

Električna energija iz postrojenja

Trenutno mnoge istraživačke skupine traže metode dobivanja energije doslovno "iz čistog zraka". Jednu od tih metoda već su otkrili stručnjaci nizozemske tvrtke Plant-e, koji su vrlo detaljno i temeljito proučili neke procese koji se događaju u divljini. Da bi dobili električnu energiju, oni koriste jedan od nusprodukata fotosinteze, procesa koji se događa u biljkama u rastu, a ova metoda može donijeti struju onima koji žive daleko od svih dobrobiti civilizacije.

Tehnologija koju su razvili stručnjaci Plant-e djeluje na istim principima kao i staro školsko iskustvo, u kojem jedan obični gomolj krumpira djeluje kao izvor energije. Međutim, nizozemska razvijena metoda ne zahtijeva štetu na samoj biljci.

Električna energija iz živih biljaka

Nizozemci postavljaju biljke posebnog tipa u posebne plastične posude čija je površina otprilike četvrtina četvornog metra. Ove biljke intenzivno rastu i kroz procese fotosinteze stvaraju se neke vrste šećernih spojeva. Količina šećera koju proizvode biljke značajno premašuje potrebe same biljke i njezin višak se "ubacuje" kroz korijenski sustav natrag u tlo. Šećer proizveden od biljaka i pada u tlo počinje prilično aktivno reagirati s atmosferskim kisikom, a tijekom kemijske reakcije dobiva se puno slobodnih elektrona. Elektrode uronjene u tlo skupljaju ove slobodne elektrone, pretvarajući ih u električnu struju, a količina električne energije primljene u ovom slučaju dovoljna je za podmirivanje potreba LED rasvjetnih uređaja, Wi-Fi pristupnih točaka ili punjenja baterija mobilnih elektroničkih uređaja.

Koristeći svoju tehnologiju, Plant-e je u studenom 2014. pokrenuo program Starry Sky. U okviru ovog programa oko 300 uređaja za osvjetljenje ulice, nekoliko Wi-Fi pristupnih točaka i punjača za mobilne telefone koji se nalaze u blizini ureda tvrtke u Wageningenu i na teritoriju vojnog muzeja, bivšeg vojnog postrojenja, skladišta i Baza HAMbrug u blizini Amsterdama.

Osnivači Plant-e nadaju se da će biološka tehnologija za proizvodnju električne energije koju su razvili naći svoju primjenu u nekim siromašnim područjima svijeta udaljenim od civilizacijskih centara, gdje su prirodni uvjeti najpovoljniji za rast biljaka i gdje ih je, iz različitih razloga, nemoguće koristiti ostale tehnologije čiste energije.

Zelene elektrane koje dobivaju struju

Izravna transformacija svjetlosne energije u električnu energiju podliježe radu generatora koji sadrže klorofil. Klorofil može dati i priključiti elektrone kada je izložen svjetlu. Godine 1972., M. Calvin je iznio ideju o stvaranju solarne ćelije, u kojoj bi klorofil služio kao izvor električne struje, sposoban oduzeti elektrone iz određenih specifičnih tvari i prenijeti ih drugima kada su osvijetljeni. Calvin je koristio cinkov oksid kao dirigent u kontaktu s klorofilom. Pri osvjetljavanju ovog sustava u njemu se pojavila električna struja gustoće 0,1 mikroampera po kvadratnom centimetru.

Ova fotoćelija nije dugo funkcionirala, jer je klorofil brzo izgubio sposobnost doniranja elektrona. Za produljenje trajanja fotoćelije korišten je dodatni izvor elektrona, hidrokinon. U novom sustavu zeleni pigment nije odavao samo svoje, već i hidrohinonske elektrone. Proračuni pokazuju da takva fotocelica od 10 četvornih metara može imati snagu oko kilovata.

Povijest razvoja

Japanski profesor Fujio Takahashi koristio je klorofil izvađen iz lišća špinata za proizvodnju električne energije. Tranzistorski prijemnik na koji je bila spojena solarna ploča uspješno je radio. Osim toga, u Japanu se provode studije za pretvaranje solarne energije u električnu energiju pomoću cijanobakterija koje se uzgajaju u hranjivom mediju. Tanki sloj od njih nanosi se na prozirnu elektrodu cinkovog oksida i zajedno s brojačom elektrode uroni u pufernu otopinu. Ako su bakterije sada osvijetljene, u krugu će se pojaviti električna struja.

1973. Amerikanci W. Stockenius i D. Osterhelt opisali su neobičan protein iz membrane ljubičastih bakterija koje žive u slanim jezerima kalifornijskih pustinja. Zvali su ga bakteriorhodopsin. Zanimljivo je primijetiti da se bakteriorhodopsin pojavljuje u membranama halobakterija s nedostatkom kisika. Nedostatak kisika u vodenim tijelima pojavljuje se u slučaju intenzivnog razvoja halobakterija. Koristeći bakteriorhodopsin, bakterije apsorbiraju energiju sunca, nadoknađujući tako manjak energije koji je posljedica prestanka disanja.

Bacteriorhodopsin, što je to?

Bakterhodhodopsin se može izolirati od halobakterija stavljanjem ovih stvorenja koja vole sol koja se odlično osjećaju u zasićenoj otopini natrijevog klorida u vodi. Odmah se prelijevaju vodom i puknu, dok se njihov sadržaj miješa s okolinom. I samo membrane koje sadrže bakteriorhodopsin ne uništavaju se zbog snažnog "pakiranja" molekula pigmenta koji tvore proteinske kristale (bez poznavanja strukture, znanstvenici su ih nazvali ljubičastim plakovima). U njima se molekule bakteriorhodopsina kombiniraju u trijade, a trijade u pravilne šesterokutnike. Budući da su plakovi značajno veći od svih ostalih halobakterijskih komponenti, mogu se lako izolirati centrifugiranjem. Nakon ispiranja centrifuge dobiva se tijesto tijesto ljubičaste boje. 75 posto se sastoji od bakteriorhodopsin, a 25 posto fosfolipida koji popunjavaju praznine između proteinskih molekula.

Fosfolipidi su molekule masti u kombinaciji s ostacima fosforne kiseline. U centrifugi nema drugih tvari što stvara povoljne uvjete za eksperimentiranje s bakteriorhodopsinom. Osim toga, ovaj složen spoj vrlo je otporan na faktore okoliša. Kada se zagrije na 100 ° C ne gubi aktivnost i može se čuvati godinama u hladnjaku. Bakterhodhodopsin je otporan na kiseline i razne oksidacijske agense. Razlog za njegovu visoku stabilnost je zbog činjenice da ove halobakterije žive u izuzetno teškim uvjetima - u zasićenim fiziološkim otopinama, koje su u biti vode nekih jezera u zoni pustinja koje su izgorjele tropske vrućine.

U tako izuzetno slanom, a također i pregrijanom okolišu organizmi koji imaju obične membrane ne mogu postojati. Ova je činjenica od velikog interesa u vezi s mogućnošću korištenja bakteriorhodopsina kao transformatora svjetlosne energije u električnu.

Ako se bakterihodhodopsin taložen pod utjecajem kalcijevih iona osvijetli, tada je pomoću voltmetra moguće otkriti prisustvo električnog potencijala na membranama. Ako ugasite svjetlo, ono nestaje. Dakle, znanstvenici su dokazali da bakteriorhodopsin može funkcionirati kao generator električne struje.

Generatori proteina

U laboratoriju poznatog znanstvenika, stručnjaka iz područja bioenergije V. P. Skulacheva, pomno se proučavao proces ugradnje bakteriorhodopsina u ravnu membranu i uvjeti za njegovo funkcioniranje kao generatora električnih struja ovisnih o svjetlosti. Kasnije su u istoj laboratoriji stvoreni električni elementi u kojima su korišteni proteinski generatori električne struje. Ti su elementi imali membranske filtre impregnirane fosfolipidima bakteriorhodopsinom i klorofilom. Znanstvenici vjeruju da slični filtri s protein generatorima, spojeni serijski, mogu poslužiti kao električna baterija. Istraživanja o korištenju proteinskih generatora u laboratoriju V. P. Skulacheva privukla su pomnu pozornost znanstvenika. Na Kalifornijskom sveučilištu stvorili su istu bateriju koja je, kada se koristi sat i pol, učinila da žarulja svijetli.

Rezultati eksperimenta daju nadu da će se foto ćelije na bazi bakteriorhodopsina i klorofila koristiti kao generator električne energije. Provedeni eksperimenti prva su faza u stvaranju novih vrsta fotonaponskih i gorivnih ćelija sposobnih transformirati svjetlosnu energiju s velikom učinkovitošću. Vrlo brzo će doći dan kada će čovječanstvo naučiti primati „struju iz biljaka“.

Kako napuniti krumpir

Foto i video slike zapaljenih žarulja pričvršćenih na krumpir (naranča, limun, jabuka) već duže vrijeme lutaju Internetom. Mreža je također puna uputa o tome kako napraviti bateriju od krumpira kod kuće. Dovoljno je uzeti krumpir, bakar i pocinčane elektrode (na primjer čavli), spojne žice i LED žarulju za demonstriranje električnog učinka. Cinknu elektrodu zalijepimo s jedne strane usjeva korijena (ili voća), zatim je spojimo u žarulju, drugi pol lukovice spojimo na bakrenu elektrodu koju smo zalijepili u isti krumpir, ali s druge strane.

Sve su ove radnje racionalne i kemijski razumljive: kiselo okruženje unutar biljnog izvora stvara potrebnu količinu slobodnih protona (H +). U takvom okruženju, u interakciji s aktivnim metalom (koji daje elektrone), oslobađaju se slobodni nosači negativnog elementarnog naboja, spremni za pokretanje duž kruga i žarulja svijetli. Zauzvrat, protok protona od anode do katode, kao što bi trebao biti u baterijama, stvara elektromotornu silu i zatvara krug. Katoda je izrađena od manje aktivnog metala (cink naspram bakra). Pa čak i list ili stabljika - bilo koji, čak i blago kiseli dio biljke je prikladan kao aktivni medij.

Važno pitanje: koliko su ove baterije učinkovite? (I zar ne bi bilo korisnije koristiti ih na klasičan način - za hranu?) Da biste odgovorili na to, postoje mnoge eksperimentalne demonstracije koje nam omogućuju izračun: da biste napunili pametni telefon, trebat će vam oko 50 kilograma krumpira. Naravno, specifične karakteristike biljne baterije ovise o mnogim čimbenicima - kiselosti izvora energije (na primjer, limun je očito kiseliji od krumpira), svježini uzorka, pa čak i kiselosti tla u kojem je rasla. Dodajmo ovdje kvalitet noktiju, legura kojima su ovi nokti presvučeni i tako dalje. Ali bez obzira kako odabrali sastojke, jasan nedostatak vegetarijanskog punjenja bit će njegova niska učinkovitost s velikim otpadom. Da krumpir, da limun neće dugo raditi, morat će ih često mijenjati, a dok se pametni telefon puni više će biti jedna vrećica.

Stoga je ova metoda više post smijeh ili fantazija za postapokaliptični scenarij nego nada za zemaljske uglove koji su udaljeni i lišeni industrijskih elektrana.

Zeleni list - Solarna baterija iz snova

Solarna baterija jedan je od najpopularnijih ekološki prihvatljivih energetskih uređaja. Temelji se na lijepoj ideji - uzeti sunčevu energiju, koja već zagrijava planet, i iz njega izvlačiti električnu energiju bez ikakvih nuspojava. Međutim, ovi uređaji, unatoč činjenici da su dugo izumljeni i od tada se stalno poboljšavaju, imaju niz značajnih nedostataka. Glavni su niska učinkovitost (samo neki komercijalni uzorci imaju učinkovitost od 20 posto) i ograničena funkcionalnost (djeluju samo dok sunce sja).

Biljke su iste solarne ploče, baš prirodne. U procesu fotosinteze molekule pigmenta smještene u membranama tilakoida apsorbiraju energiju sunčeve svjetlosti i pretvaraju je u energiju kemijskih spojeva.

Fizički, kada apsorbira kvant svjetlosti određene frekvencije, elektron u molekuli pigmenta prelazi iz osnovnog u pobuđeno, odnosno u višu energetsku razinu. "Ispuštanje" pobuđenog stanja molekule klorofila može se dogoditi u obliku stvaranja topline ili fluorescencije, osim toga energija pobuđenog stanja može se prenijeti u susjednu molekulu pigmenta ili potrošiti na fotokemijske procese.

Više od 90 posto klorofilnih klorofila dio je kompleksa za lagano skupljanje - originalne antene koje prenose pobudnu energiju u reakcijske centre prvog i drugog fotosistema za naknadno odvajanje primarnog naboja. U istim foto sustavima prvo se događaju redoks transformacije klorofila, a zatim se svjetlosna energija fiksira u kemijsku energiju. Oksidirane molekule klorofila smanjuju se oduzimanjem elektrona iz vode, tada se tijekom nekoliko kemijskih reakcija stvaraju kisik, slobodni elektroni i protoni (H). Kisik se uklanja u okoliš, a protoni uzrokuju da se tilakoidna membrana s jedne strane pozitivno nabije zbog H +, a s druge strane negativno na elektrone. Nadalje, proces se nastavlja i završava već u nedostatku sunčeve svjetlosti sintezom organskih tvari iz ugljičnog dioksida fiksiranog iz atmosfere.

Inženjeri zavidno gledaju zeleno lišće i razmišljaju o tome kako bi se povezali s ovim membranskim kondenzatorom. Uostalom, fotosustavi biljnih pigmenata koriste solarnu energiju s vrlo visokom učinkovitošću (ako računamo elektron proizveden u apsorbiranim fotonima). Neki čak tvrde da su pronašli način za hakiranje fotosinteze i uklanjanje elektrona izravno iz nosa u reakcijskim centrima.

Biotehnološka simbioza

Srećom, biljke pomažu u proizvodnji električne energije na druge načine, koje je mnogo lakše pretvoriti da zadovolje potrebe civilizacije. Posljednjih godina takozvane biljno-mikrobne gorivne ćelije postale su popularno područje razvoja „zelenih“ galvanskih stanica. Za razliku od baterijskih krumpira, ova vrsta biljnog izvora energije teoretski se samo obnavlja: sve što je potrebno za funkcioniranje i stvaranje je sunčeva svjetlost, ugljični dioksid, voda i pogodne biljke.

Prototip takvog koncepta bio je galvanski spremnik u kojem se organska tvar koja se nalazi u njemu (mikrobne gorivne ćelije, MFC) podijeljena pod utjecajem bakterija u taložnom tlu (na primjer, u mulju na dnu vodenih tijela). Takav taložni reaktor zajedno s elektrodama igra ulogu anode, dok je katoda uronjena u vodu. Kao i u standardnoj "bateriji", pozitivni ioni se kreću od anode do katode, zatvarajući krug.

Biofotogalvanika

Uspjeli smo poboljšati gornji sustav presađivanjem vodnih postrojenja u reaktor blata - ovo je nadogradnja koja omogućuje inženjerima nadu u samoponovljivi izvor energije. Biljke, koje apsorbiraju solarnu energiju i ugljični dioksid, u procesu fotosinteze stvaraju organske tvari, od kojih neke ulaze u tlo. Simbiotske bakterije koje žive blizu korijena razgrađuju ovu organsku tvar, oslobađajući elektrone kao nusproizvod. Te elektrone može uhvatiti anoda.

Učinkovitost biofotovoltaičkih sustava ovisi o mnogim čimbenicima. Ovo je količina organske tvari koja se oslobađa u tlo, te raspoloživost ove organske tvari za mikroorganizme i učinkovitost „skupljanja“ elektrona fotonaponskim sustavom. Prva dva faktora su praktički nedostupna za poboljšanje - u najboljem slučaju, osoba može odabrati biljke koje odvajaju organsku struju s duljim lancima ugljika ili s više korijenskih sustava za mikroorganizme. Stoga je najperspektivnija točka povećati učinkovitost hvatanja elektrona.

Pogledajte video: Zagonetna energija iz Svemira započela mutaciju svih živih bića na Zemlji (Travanj 2020).

Ostavite Komentar