محققان دانشگاه کنکوردیا در کبک راهی برای برداشت انرژی از فرآیند فتوسنتز جلبک ها با هدف ارائه یک منبع انرژی پایدار ایجاد کرده اند. تیم آزمایشگاه میکروسیستم های نوری-زیست دانشگاه با معلق کردن جلبک ها در یک محلول تخصصی و نگهداری آن در سلول های کوچک قدرت، انرژی تولید می کند.
مدل آنها الکترون ها را برای تولید الکتریسیته میگیرد و آن را نه تنها انتشار صفر، بلکه یک فناوری انتشار کربن منفی میکند. به گفته محققان، هنگامی که سلول های قدرت میکرو فتوسنتزی (µPSC) آنها به درستی راه اندازی شوند، ظرفیت تولید انرژی کافی برای اجرای گجت های بسیار کم و کم مصرف، مانند حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) را دارند.
این تیم در مقاله تحقیقاتی خود گفت: “ادغام μPSCها در قلمرو منابع انرژی پایدار نشان دهنده یک گام مهم رو به جلو است که به طور بالقوه بر بخش های مختلف وابسته به راه حل های کم مصرف تاثیر می گذارد.”
مهار قدرت جلبک
در راه اندازی μPSC، یک غشای تبادل پروتون به شکل لانه زنبوری، محفظه های آند و کاتد سلول نیرو فتوسنتزی میکرو را تقسیم می کند.
محققان میکروالکترودهایی را در دو طرف غشاء ساختند تا بارهایی را که جلبک ها در طول فتوسنتز آزاد می کنند جمع آوری کنند. هر محفظه بسیار کوچک است و ابعاد آن فقط دو سانتی متر در دو سانتی متر در چهار میلی متر است.
محفظه آند حاوی یک محلول دو میلی لیتری است که در آن جلبک ها معلق هستند، در حالی که کاتد با فروسیانید پتاسیم، نوعی گیرنده الکترون، پر شده است.
به گفته محققان، هنگامی که جلبک ها به دلیل فتوسنتز شروع به انتشار الکترون می کنند، الکترون ها از طریق الکترودهای موجود در غشاء جمع شده و هدایت می شوند و در نتیجه جریان ایجاد می شود.
با این حال، پروتون ها از غشاء عبور کرده و وارد کاتد می شوند و فروسیانید پتاسیم را اکسید و کاهش می دهند. این فرآیند همچنین بدون نور مستقیم خورشید عمل می کند، البته با شدت کمتر.
پانیرسیلوام، کاندیدای دکترا در دانشگاه و یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه ای گفت: “درست مانند انسان ها، جلبک ها دائماً نفس میکشند، اما دی اکسید کربن را جذب کرده و اکسیژن آزاد میکنند. آنها به دلیل دستگاه فتوسنتز خود، در طول تنفس نیز الکترون آزاد می کنند.تولید برق متوقف نشده است. الکترون ها به طور مداوم برداشت می شوند.”
کارآمد و سازگار با محیط زیست
محققان عملکرد سلول های قدرت میکرو فتوسنتزی (μPSCs) را در پیکربندی های مختلف آزمایش کردند. در یک مجموعه، پیکربندی ها شامل دو میکروPSC به صورت سری با سه مجموعه موازی، سه سری با دو مجموعه به صورت موازی، چهار به صورت سری با دو مجموعه دیگر به صورت سری و هر دو مجموعه به صورت موازی، و پنج به صورت سری با یکی به صورت موازی بود.
به گفته محققان، تغییرات عملکرد برای ولتاژ، جریان و توان به دلیل تفاوت های ساخت و تغییر شرایط عادی شد. آزمایش ها نشان داد که ترکیب آرایه های سری و موازی سلولهای قدرت میکرو فتوسنتزی (µPSCs) نسبت به استفاده از اتصالات سری یا موازی، توان بیشتری تولید میکند.
این تیم ناتوانی سیستم را در رقابت با روشهای تولید انرژی جایگزین، مانند سلول های خورشیدی، تصدیق میکند. یک سلول برق میکرو فتوسنتزی تنها حداکثر ولتاژ پایانه 1.0 ولت دارد.
با این حال، با تحقیق و توسعه کافی، از جمله فناوری های یکپارچه سازی با کمک هوش مصنوعی، محققان بر این باورند که این فناوری میتواند در آینده به یک منبع انرژی قابل دوام، مقرون به صرفه و پاک تبدیل شود.
این تیم تاکید میکند که سیستم آنها از هیچ گاز خطرناک یا میکروفیبر مورد نیاز برای فناوری ساخت سیلیکون که سلول های فتوولتائیک به آن متکی هستند، استفاده نمیکند.
پاکیراسامی، استاد دپارتمان مهندسی مکانیک، صنایع و هوافضا و نویسنده مسئول مقاله گفت: “علاوه بر این، از بین بردن تراشه های کامپیوتری سیلیکونی کار آسانی نیست. ما از پلیمرهای زیست سازگار استفاده می کنیم، بنابراین کل سیستم به راحتی قابل تجزیه است و تولید آن بسیار ارزان است.”
دیدگاهتان را بنویسید