Электричество из морского салата

02.01.2022

Исследователи Техниона - израильского технологического института - разработали новый метод получения электрического тока непосредственно из морских водорослей экологически безопасным и эффективным способом.

Идея, которая впервые пришла в голову докторанту Техниона Яниву Шлосбергу во время купания на пляже, была реализована группой исследователей с трех факультетов Техниона, которые являются участниками Большой энергетической программы Техниона (GTEP), вместе с исследователем из Израильского института океанографии и лимнологии в Хайфе (IOLR).

Как известно, сжигание ископаемых видов топлива приводит к выбросу парниковых газов и других загрязняющих веществ, оказывающих влияние на изменения климата, причем различные формы загрязнения среды происходят на всех этапах добычи, транспортировки, переработки и потребления этих видов топлива. Климатический кризис и проблемы экологии являются движущей силой исследований и поисков альтернативных, чистых и возобновляемых источников энергии. Одним из них является использование живых организмов (например, бактерий) в качестве источника тока в микробных топливных элементах (MFC) и биофотоэлектрические элементы BPEC. Некоторые бактерии обладают способностью передавать электроны, но их нужно постоянно кормить, и некоторые из них являются патогенными.

Альтернативным источником электричества могут быть фотосинтезирующие бактерии, особенно цианобактерии (также известные как сине-зеленые водоросли). Цианобактерии сами получают пищу из углекислого газа, воды и солнечного света, и в большинстве случаев они безвредны - некоторые из них, такие, как "спирулина", вообще считаются "суперпродуктами" и выращиваются в больших количествах.

Исследовательские группы профессоров Ноама Адира и Гади Шустера уже разработали методы применения цианобактерий для получения электрического тока и водородного топлива. Однако у цианобактерий есть и недостатки - они производят меньше тока в темноте, когда нет фотосинтеза, и получаемая от них энергия меньше, чем от обычных солнечных элементов. Поэтому технология BPEC хотя и более экологически чистая, но коммерчески менее привлекательная.

В своей новой работе исследователи из Техниона и IOLR попытались решить эту проблему, используя новый источник фотосинтеза - морские водоросли. Исследованием руководили профессор Ноам Адир и докторант Янив Шлосберг с химического факультета Техниона и GTEP. Они сотрудничали с другими исследователями Техниона: доктором Тунде Тот (химический факультет), профессором Гади Шустером, доктором Давидом Мерии, Нимродом Крупником и Бенджамином Эйхенбаумом (биологический факультет), доктором Омером Иехезкели и Матаном Мейровичем (факультет биотехнологии и пищевой инженерии) и д-ром Альваро Исраэлем из IOLR в Хайфе. Многие виды морских водорослей естественным образом растут на средиземноморском побережье Израиля - особенно ульва (также известная как морской салат), которую в больших количествах выращивают в IOLR для исследовательских целей.

Разработав новые способы соединения водорослей и BPEC, исследователи получили ток, сила которого в 1000 раз превысила ток от цианобактерий, и находится на уровне стандартных солнечных элементов. Профессор Адир отмечает, что такая сила тока объясняется высокой скоростью фотосинтеза морских водорослей и возможностью использовать водоросли в их естественной морской воде в качестве электролита в BPEC. Кроме того, морские водоросли создают ток и в темноте, генерируя примерно 50% силы тока на свету - в темноте источником энергии становится дыхание водорослей, при котором сахара, полученные в процессе фотосинтеза, используются для питания. Как и в случае с цианобактериями, никаких дополнительных химикатов для получения тока не требуется. "Морской салат" выделяет молекулы-посредники для переноса электронов на электрод BPEC, создавая таким образом электрический ток.

Технологии производства энергии на основе ископаемого топлива известны как "углеродно-положительные". Это означает, что в процессе сжигания топлива в атмосферу выделяется углерод. Технологии солнечных батарей известны как "углеродно-нейтральные", и когда они извлекают энергию Солнца, новый углерод действительно не поступает в атмосферу. Однако само производство солнечных элементов и их транспортировка к месту использования во много раз более "углеродно-положительные". Разработанная в Технионе новая технология биоэлектричества является по-настоящему "углеродно-отрицательной" - морские водоросли растут, поглощая атмосферный углерод в течение дня, и выделяя кислород, и только ночью выделяют углерод при дыхании. При этом морские водоросли уже сегодня культивируются в массовом масштабе для пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

<< Назад: Передача солнечной энергии с орбиты на Землю 02.01.2022

>> Вперед: Побит рекорд температуры замерзания воды 01.01.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Наушники Bowers & Wilkins Px8 S2 11.11.2025

Наушники премиум-класса становятся не только аксессуаром для прослушивания музыки, но и инструментом для профессиональной работы с аудио. Новый флагман британского бренда Bowers & Wilkins - модель Px8 S2 - демонстрирует, как эти аспекты можно объединить в одной беспроводной системе. Компания представила Px8 S2 как обновленную флагманскую модель в линейке, ориентированную на пользователей, которые ценят высокое качество звука, эффективное шумоподавление и премиальный дизайн. Производитель отмечает, что наушники сочетают передовые акустические решения с эргономикой для длительного использования. Каждое устройство оснащено 40-миллиметровыми динамиками с карбоновыми диффузорами и 24-битным цифровым процессором. По словам Bowers & Wilkins, это обеспечивает точное и детализированное воспроизведение звукового спектра, а также поддержку аудио высокого разрешения. Автоматическая оптимизация соединения с источником сигнала гарантирует стабильное и качественное звучание вне зависимо ...>>

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Случайная новость из Архива Открыты бактерии, которые питаются воздухом 18.08.2020 Ученые Университета Новый Южный Уэльс обнаружили в антарктических почвах бактерии, которые не только дышат воздухом, но и питаются им. Новое исследование показало, что подобные микробы достаточно распространены. Генетический анализ показал присутствие бактерий в трех самых холодных регионах планеты - Арктики, Антарктики и Тибетском нагорье. Поскольку эти бактерии до сих пор были обнаружены в среде с очень низким содержанием питательных веществ, вероятно, они играют ключевую роль в подпитке жизни вокруг. Есть целые экосистемы, которые полагаются на этот новый процесс фиксации углерода микробами, где они используют энергию, полученную при вдыхании атмосферного газообразного водорода, для превращения углекислого газа из атмосферы в углерод - для собственного роста. Найденные бактерии окисляют водород из воздуха, вызывая серию реакций, которые превращают атмосферный углерод в живые ткани. Их могут поедать другие формы жизни. Этот процесс происходит одновременно с фотосинтезом при изменении условий, например, во время полярной зимы, когда нет света. Вероятно, этот процесс происходит в холодных пустынях по всему миру, но до сих пор оставался незамеченным. Рацион бактерий, который напрямую удаляет углерод из атмосферы, и тот факт, что они могут быть достаточно распространены, делает микроорганизм потенциальным поглотителем парникового газа.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025