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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Древний лед Антарктики 01.01.2026

Изучение древних ледниковых слоев - один из самых надежных способов понять, как формировался климат Земли и как он может изменяться в будущем. Недавнее открытие международной группы исследователей в Антарктике дает уникальную возможность заглянуть на миллионы лет назад и получить ценную информацию о атмосфере нашей планеты. В районе Аллан-Хиллс ученые пробурили керны древнего льда и обнаружили слои, возраст которых оценивается примерно в 6 миллионов лет. Это старейший лед, когда-либо найденный на Земле и датированный напрямую, что делает находку беспрецедентной в истории климатологии. Особое значение имеют крошечные пузырьки воздуха, запечатленные в ледяных кристаллах. Они служат настоящими "капсулами времени", сохраняя состав атмосферы прошлого. Анализ этих пузырьков позволяет восстановить климатические условия древней Земли, когда средние температуры были выше современных, а уровень океанов значительно выше нынешнего. Древние ледяные керны можно рассматривать как подробные х ...>>

Нано-уровень управления светом 31.12.2025

Современная нанофотоника стремится превратить свет в инструмент точного управления на микроскопическом уровне. Недавние исследования международной команды ученых открывают новые возможности в этой области, позволяя манипулировать светоматериальными волнами на наноуровне с беспрецедентной точностью. Такие достижения могут стать ключом к созданию сверхбыстрых коммуникационных систем и высокочувствительных сенсоров. В центре внимания исследователей оказались гиперболические фонон-поляритоны - особый тип волн, возникающих при взаимодействии света с колебаниями вещества. Эти волны способны концентрировать свет в пространственных масштабах, значительно меньших длины его волны, что позволяет создавать устройства с высокой плотностью интеграции и повышенной функциональностью. Работа велась совместно учеными из Шанхайского транспортного университета, Национального центра нанонауки и технологий Китая, а также коллегами из Испании. Они предложили двухэтапную схему возбуждения волн: сначала ...>>

Случайная новость из Архива Космический спутник поможет в борьбе с засухой 13.10.2014 В январе 2015 года NASA планирует запуск спутника SMAP (The Soil Moisture Active-Passive), с помощью которого можно будет отслеживать влажность почв на больших площадях и в самых разных частях планеты. Эта информация, по заявлению разработчиков, будет беспрецедентно точной и детализированной. Кроме того, за изменениями в состоянии почвы можно будет наблюдать буквально в режиме реального времени - спутник будет обновлять информацию не реже, чем раз в двое-трое суток. Трудно переоценить значение этого проекта для различных служб, и прежде всего для сельского хозяйства, которое несет ощутимые убытки из-за недостатка информации о реальном состоянии почвы и невозможности спрогнозировать изменения ее влажности. Традиционные методы оценки влажности почвы с помощью датчиков, основанные на точечных замерах в отдельных участках, трудоемки и дорогостоящи. Кроме того, они не обеспечивают достаточной точности измерений, и при экстраполяции их показаний на большие площади приходится иметь дело с заметными погрешностями. Спутник будет выведен на околополярную солнечно-синхронную орбиту высотой 680 км над поверхностью Земли. Такое расположение спутника делает возможным вести регулярные наблюдения за почвой практически всех регионов земной поверхности. Установленные на борту спутника высокоточные микроволновые приборы контроля - радар и радиометр, работающие в L-диапазоне - позволяют вести постоянное сканирование верхних слоев почвы на глубину около 5 см и с разрешением около 50 км. С помощью SMAP мы получим глобальную картину текущего состояния влажности почв в различных уголках земного шара (и в первую очередь в сельскохозяйственных районах, особенно подверженных периодическим засухам) и сможем делать достоверные прогнозы относительно наводнений и засухи. По словам руководителя научной группы SMAP в NASA д-р Нарендры Даса (Narendra Das), "фермеры, работающие с неорошаемыми культурами, будут знать показатели влажности почв и смогут планировать посадки, получая при этом высокие урожаи... Спутник поможет в прогнозировании засух в различных регионах; эти данные дадут возможность планировать возобновление сельскохозяйственных работ после неблагоприятных климатических периодов". Полученная со спутника информация, конечно, будет полезна не только в сельском хозяйстве. Она позволит создать более точные погодные и климатические карты нашей планеты. Накопленные данные помогут лучше понять и изучить водные, энергетические и углеродные циклы и полнее представить сложные глобальные процессы, происходящие на Земле. Планируемая продолжительность миссии SMAP - 3 года.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026