iPon Hírek

Biomimetikus napelemek a láthatáron

Dátum | 2011. 11. 30.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

A biológusok szeretik a fotoszintetizáló szervezetek fénybegyűjtő-rendszerét parabolaantennához hasonlítani, mivel mindkettő egy „vevőre” fókuszálja az összegyűjtött elektromágneses sugárzást. 

Sokan úgy gondolják, hogy a napenergia-hasznosítás egyedül szilíciumalapú napelemeken keresztül működik, pedig vannak más lehetőségek is. 1941-ben a félvezetők jobb megismerése tette lehetővé a napelem feltalálását, napjainkban pedig a fotoszintézis titkainak feltárásán keresztül vezet az út az új megoldások felé.

A Washingtoni Egyetemen működő Photosynthetic Antenna Research Center (PARC) munkatársai fotoszintézisre képes hibrid és mesterséges rendszerek építésén dolgoznak. Az egyik csoportnak sikerült reprodukálnia a fotoszintézishez létfontosságú, úgynevezett fénybegyűjtő-antennát. Mintául a zöld kénbaktérium kloroszómáját használták, amely nagymennyiségű (250 ezer) pigmentet tartalmaz, és talán a természet leghatékonyabb fénybegyűjtő-antennája, hiszen a baktérium még az óceán mélyének halvány derengésében is képes fotoszintetizálni.

A zöld kénbaktérium fénybegyűjtő-rendszere
Minden fotoszintetizáló biológiai rendszerben közös elem a fénybegyűjtő-antenna és a reakcióközpont jelenléte. Az antenna pigmentmolekulái elnyelik a fotont és az energiát átadják a reakcióközpontnak, ahol ez kémiai láncreakciót indít el, melynek végeredményeként ATP keletkezik. Az ATP-molekulák gyakorlatilag a sejt energiaraktárai, bomlásukkor szabadul fel a bennük tárolt energia.

A zöld kénbaktérium fénybegyűjtő-rendszere némileg eltér a szokásostól. Antennája az energiát először egy pigment/protein-rendszernek adja át, majd ezen keresztül kerül a reakcióközpontba. A növényekben és az algákban a fényelnyelő-pigmentek egy proteinvázon ülnek, amely úgy osztja el a pigmentmolekulákat, hogy az energiaátadás optimális legyen. Ez a proteinváz a kloroszómából hiányzik, így itt a pigmentek maguk rendeződnek az energiaáramlást lehetővé tevő struktúrába. Ez azért érdekes, mert a kloroszóma rendszerét így könnyebb „lemásolni”, mint a fehérjéket is tartalmazó növényi fénybegyűjtő-rendszereket.

A kutatók fő kérdése ez után az volt, hogy vajon a mesterséges pigmentek képesek-e maguktól ilyen struktúrába rendeződni. Háromféle molekulaszerkezet létezik a természetes pigmentek között: a porfirinváz (hemoglobin), a klorinváz (klorofill), és a bakterioklorin-váz. Ezek bármelyike előállítható mesterségesen. Mindhárom molekulatípus a napfény egyes hullámhosszait nyeli el, de a cél a szempontjából a legfontosabb a zöld kénbaktériumban is megtalálható klorin, amely a láthatófény-tartomány vörös felét nyeli el. 

A kutatók harminc különböző klorinvázas pigmentmolekulát szintetizáltak különböző kémiai csoportok hozzáadásával és eltávolításával, és ezek függvényében vizsgálták a molekulák önrendeződési képességét. Az eredmények alapján úgy tűnik, hogy a mesterséges pigmentek is képesek megfelelően összekapcsolódni, és az összekapcsolódás mértéke megjósolható a molekula elektromos tulajdonságaiból.

A pigmentek tehát egy felületre helyezve maguktól rendeződnek a megfelelő működéshez, így alkalmasak a fényenergia „feldolgozására” mesterséges rendszerekben is, új lehetőségeket teremtve a napenergia hasznosításában. A biomimetika, vagyis a természet utánzása, persze nem mindig működik, de biológiai tudásunk növekedésével egyre gyakrabban sikerül a természetben akár évmilliók óta „üzemelő” rendszerek lemásolása.

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

9. Destructo
2011.11.30. 20:33
Nemsemmi!
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
8. Meteorhead
2011.11.30. 21:52
Más hasonló munkásságok is léteznek, a legnagyobb kérdés a hatásfok, amivel ez működik. Arról nem haszontalan azért beszélni. Rodopszin molekulákkal (amik tonna számra tenyészthető baktériumból nyerhetők ki) itthon is kísérleteznek, de itt szerves anyagból akarnak áramkört készíteni belőle. (Fény hatására tud "vezetővé" válni, és gyorsabban "kapcsol", mint a szilícium alapú tranyó (és strapabíró is, mert a baktérium egy részét levágják, és kikristályosítják). Az nem ATP előállítására képes, hanem H hidrogén ionokat képes magán keresztül pumpálni (tehát effektíve töltést vezet). Az is nagyon jópofa projekt.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. Meteorhead
2011.11.30. 21:52
Jah, és a hatásfoka sem rossz, ráadásul olcsóbb is gyártani, mint a szilíciumos napelemet, és kidobás után sem környezetszennyező, de lebontani is le lehet.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. benczeb90
2011.11.30. 23:18
ja ez a biomimikri kurvajó dolog. feltaláltak már olyan nanofestéket, amit épületekre lehet mázolni és termeli neked az áramot csak a hatásfoka fele még a mai Si-alapú napelemekénál, de míg az utóbbiak hatásfoka már nemigen növelhető, (hasonló a párhuzam, mint a merevlemez-ssd esetén), a nanotechnológia még csak most megy oviba
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. jozs6200ax
2011.11.30. 23:41
Még most megy oviba a nanotechnológia igaz de ha felnő elég kömény gyerek lesz
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. pjszilard
2011.12.01. 04:58
A kloroszóma
Kloroszómák a Chlorobium tepidum sejtjeiben
►Főleg zöld kénbaktériumokban fordul elő
►A leghatékonyabb fénybegyűjtő antenna –
extrém alacsony fényintenzitáson,
mélytengerekben
►Bakterioklorofill aggregátumokat tartalmaz
100 nm
►pigmentösszetétele:
250,000 BChl c
20,000 karotenoid
Frigaard

Azert lehetett volna tisztazni, igymar tudom mi a kulobseg ez es a kromoszoma kozott.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. pjszilard
2011.12.01. 05:03
Prédikátor könyve:1:9

Ami volt, ugyanaz, ami ezután is lesz, és ami történt, ugyanaz, ami ezután is történik; és semmi nincs új dolog a nap alatt.

Salamon velemenye az "uj" napelemtechnologiarol.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. Supra
2011.12.01. 11:23
Hurrá, megjött a témába vágó hozzászólás is! végül is, a hetedik lett, ami már (sajnos) eredménynek számít.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. tibaimp
2011.12.01. 18:44
(bio)mimetikus-polialoid
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!