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:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Рекорд самой низкой искусственно созданной температуры 28.09.2021 Ученым-физикам из Германии удалось получить самую низкую температуру, зарегистрированную за все время существования науки, всего 38 пикокельвинов, 38 триллионных долей градуса выше точки абсолютного нуля. В проведенном ими эксперименте использовался процесс свободного падения облака квантового газа и включение-выключение магнитного поля для того, чтобы замедлить атомы газа практически до полной остановки их теплового движения. Точка абсолютного нуля, -273.15 градуса Цельсия, является самой низкой температурой, которую можно получить согласно всем канонам термодинамики. При такой температуре полностью прекращается тепловое движение атомов и эти атомы перестают обладать какой-либо кинетической энергией, что должно приводить к появлению весьма странных эффектов. Однако, достижение точки абсолютного нуля и ниже на практике недостижимо из-за того, что физически невозможно отобрать у атомов абсолютно всю их кинетическую энергию. Однако ученые постоянно пытаются приблизиться к точке абсолютного нуля, несколько лет назад ученые из Гарварда успешно провели "самую холодную" химическую реакцию при температуре в 500 нанокельвинов, 500 миллионных частях градуса выше абсолютного нуля. Несколько позже в лаборатории Cold Atom Lab на борту Международной космической станции были проведены эксперименты при температуре в 100 нанокельвинов. Однако, упомянутые выше температуры достаточно высоки по сравнению с последним достижением немецких ученых. И для того, чтобы получить такую температуру ученые использовали облако, состоящее из 100 тысяч атомов рубидия, пойманных в магнитную ловушку внутри вакуумной камеры. Сначала облако атомов было охлаждено до температуры, при которой образовался так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, все атомы которого имеют квантовую взаимосвязь. Благодаря этой взаимосвязи все облако конденсата ведет себя как один большой атом, что позволяет видеть проявление квантовых эффектов в макро-масштабе. Конденсат Бозе-Эйнштейна был сформирован при температуре в две миллиардных части выше точки абсолютного нуля, но при этом он был еще недостаточно холодным. Эксперимент проводился в специальной башне Bremen Drop Tower, в которой установлена вакуумная камера с магнитными ловушками, высотой 120 метров, в которой производятся эксперименты, связанные со свободным падением. И во время того, как облако конденсата Бозе-Эйнштейна свободно падало под воздействием гравитации, ученые включали и выключали магнитное строго в заранее рассчитанные моменты времени. Когда магнитное поле включалось, облако конденсата Бозе-Эйнштейна несколько сжималось. Когда же происходило выключение магнитного поля, облако конденсата расширялось. Моменты включения и выключения магнитного поля были синхронизированы таким образом, что оказываемое этим воздействие привело практически к полной остановке движения атомов конденсата, что означает эффективное понижение температуры. Во время такого эксперимента ученым удалось достичь и удержать рекордно низкую температуру на протяжении 2 секунд. Однако, расчеты созданных математических моделей показали, что в космосе в условиях микрогравитации или невесомости на борту спутника, к примеру, такая температура может продержаться в течение 17 секунд, чего будет достаточно для проведения весьма сложных экспериментов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025