Ученым из Стэнфордского университета в Калифорнии и университета Енсей в Сеуле (Южная Корея), удалось получить электрический ток из клеток водорослей. Клетки вырабатывают электричество во время фотосинтеза – процесса, с помощью которого растения преобразовывают солнечный свет в химическую энергию. Ученые заявили, что это можно считать первым шагом к экологически чистому процессу создания биоэлектричества, который не будет загрязнять окружающую среду углекислым газом.

"Насколько нам известно, мы первые, кому удалось добыть электроны из живой клетки растения", – заявил профессор ВонХенг Рю из университета Енсей, ведущий автор статьи, опубликованной в мартовском номере Nano Letters. Рю проводил эксперименты в сотрудничестве с профессором машиностроения Фритцом Принц.

Исследователи разработали уникальные ультра-острые наноэлектроды, изготовленные из золота и спроектированные специально для ввода внутрь клетки. Они аккуратно вводятся через мембрану, которая защищает клетку, при этом клетка остается жива. Электрод собирает электроны, которые были сгенерированы в фотосинтезирующей клетке светом, генерируя небольшой электроток.

"Наш проект все еще находится на этапе научной разработки, – рассказал Рю. – Мы работали с единичными клетками, чтобы доказать принципиальную возможность получать электроны этим способом".

Растения используют фотосинтез для приобрезования энергии света в химическую энергию, хранящуюся в виде сахаров, которые они используют как пищу. Этот процесс происходит в хлоропластах, клеточных электростанциях, производящих сахара и придающих листьям и водорослям зеленый цвет. В хлоропластах вода разделяется на кислород, протоны и электроны. Солнечный свет проникает в хронопласты и переводит электроны на более высокий энергетический уровень, после чего их захватывает протеин. Электроны двигаются по протеинам, которые захватывают все больше и больше энергии электронов для синтеза сахаров, пока не будет потрачена вся энергия электронов.

В этом эксперименте, ученые перехватывали электроны в тот момент, когда они находились на самом высоком энергетическом уровне. Они помещали золотые электроды в хронопласты клеток водорослей и откачивали оттуда электроны, генерируя небольшой электрический ток.

В результате, ученым удалось добыть электричество экологически безопасным способом, не выделяя в атмосферу углекислого газа. Единственными побочными продуктами фотосинтеза были протоны и кислород.

"Этот метод генерации энергии может стать самым чистым источником энергии, – заявил Рю. – Но главный вопрос – будет ли это экономически выгодно?".

Рю рассказал, что из одной клетки им пока удалось добыть лишь один пикоампер. Это настолько мизерная величина, что для того чтобы получить столько же энергии, сколько хранится в пальчиковой батарейке, понадобилось бы собирать энергию в течение часа с триллиона фотосинтезирующих клеток. К тому же, клетки погибают через час. По словам Рю, они могут умирать из-за крошечных утечек из мембраны в месте входа электрода в клетку или из-за потери энергии, которая необходима им для нормального протекания процессов жизнедеятельности. Он заявил, что следующим шагом будет модернизация устройства электрода, с целью продления жизни клетки.

Метод добывания электронов из живых клеток эффективнее сжигания биотоплива, так как биотопливо содержит всего 3-6% доступной солнечной энергии, рассказал ученый. Разработанный им процесс не нуждается в поддержании горения, на которое тратится часть сохраненной энергии. КПД добывания электронов в этом исследовании достигало 20%. По словам Рю, КПД может теоретически достигнуть и 100%. (Фотогальванические солнечные панели работают с КПД 20-40%).

В будущем исследователи планируют использовать клетки растений с более крупными хронопластами, что увеличит площадь сбора электронов. Это позволит увеличить электрод и получать больше электроэнергии. С более живучими клетками и увеличенной собирающей способностью электрода, можно будет сделать процесс более масштабным.