В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Small Journal, исследователям из Университета Британской Колумбии (UBC) удалось успешно модифицировать бактерии E.coli для питания солнечных элементов. В результате были получены клетки, которые генерировали более сильный ток по сравнению с предыдущими биогенными экспериментами — работая даже при очень тусклом свете.
Впечатляющая плотность тока
Исследователи сообщили о впечатляющей плотности тока 0,686 миллиампер на кв. см., зафиксированной во время экспериментов, что значительно выше 0,362 мА, достигнутых другими исследователями. Эти усовершенствованные клетки идеально подходят для работы в условиях пасмурной погоды.
«Наша разработка — важный шаг на пути к тому, чтобы сделать солнечную энергию более экономичной», — сказал профессор кафедры химической и биологической инженерии UBC Викрамадитья Ядав, возглавлявший проект.
Солнечные элементы, строительные блоки солнечных батарей, отвечают за преобразование света в электрический ток. До сих пор большинство попыток производства биогенных солнечных элементов концентрировались на извлечении природного красителя, который используется бактериями для фотосинтеза, а это сложный и дорогостоящий процесс, который требует применения токсичных компонентов.
Исследователи UBC использовали другой подход, позволяющий не извлекать краситель из бактерий — вместо этого они генетически модифицировали E. coli для производства необычно большого количества ликопина, мощного фотоактивного пигмента. Затем они покрывали новые бактерии минералом, состоящим из наночастиц двуокиси титана TiO2, который действовал как полупроводник, и затем наносили полученную смесь на стеклянную поверхность, чтобы увеличить ее фотоэлектрические свойства.
«Мы зафиксировали самую высокую плотность тока для биогенного солнечного элемента, — пояснил Ядав. — Эти гибридные материалы, которые мы разрабатываем, можно изготавливать в промышленных масштабах, и при определенной оптимизации они могут работать с сопоставимой с обычными солнечными батареями эффективностью».
Лучше и дешевле
По оценкам исследователя, инновационный процесс может снизить стоимость производства бактериальных красителей до одной десятой от нынешней стоимости. Его команда теперь занимается разработкой процесса, который сохраняет бактерии, позволяя им вырабатывать пигмент в течении неограниченного времени — это решение ученый называет «святым Граалем».
«Эта работа закладывает прочные основы для разработки био-фотоэлектрических материалов и органической оптоэлектроники следующего поколения, которые будут экологически чистыми, недорогими и простыми в изготовлении», — говорят исследователи.
Кроме того, полученные результаты могут найти применение в различных областях, в частности, в горно-рудном деле при добыче полезных ископаемых или проведении глубоководной разведки в условиях низкой освещенности.