فناوری حیرت‌انگیز تولید برق از گیاهان

از گیاهان اغلب به عنوان منبع غذا، اکسیژن و تزئینات یاد می‌شود اما نه منبع برق. با این حال، دانشمندان کشف کرده اند که با مهار نقل و انتقال طبیعی الکترون ها در سلول های گیاهی، امکان تولید برق به عنوان بخشی از یک سلول خورشیدی بیولوژیک سبز وجود دارد.

در یک مطالعه اخیر منتشر شده در نشریه ACS Applied Materials & Interfaces محققان برای اولین بار از یک گیاه گوشتی (succulent) برای ایجاد یک «سلول خورشیدی بیولوژیک» زنده که بر اساس فتوسنتز کار می‌کند، استفاده کرده‌اند.

الکترون ها بطور طبیعی به عنوان بخشی از فرایندهای بیولوژیک در همه سلول های زنده جابه‌جا می‌شوند. با وارد کردن الکترودها می توان از این الکترون ها برای تولید برق برای مصرف خارجی استفاده کرد. تحقیقات گذشته موفق به ساخت پیل های سوختی با استفاده از باکتری‌ شده بود اما اینها مستلزم تغذیه مداوم بودند. این رویکرد جدید از فرایند فتوسنتز استفاده می‌کند یعنی فرایندی که گیاهان با استفاده از آن انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند.

در طول این فرایند،‌ جریان نور، الکترون ها را از آب به حرکت درمی‌آورد که در نهایت به تولید اکسیژن و قند منجر می‌شود. این به معنی آن است که سلول های زنده فتوسنتزی بطور مداوم در حال ساخت جریانی از الکترون ها هستند که می‌توان آنها را به عنوان یک «جریان نوری» (photocurrent) مهار کرده و مانند یک سلول خورشیدی از آن برای تامین برق یک مدار خارجی استفاده کرد.

گیاهان خاصی مانند گیاهان گوشتی یافت شده در محیط های خشک، پوست ضخیمی برای نگهداری آب و مواد مغذی در درون برگ های خود دارند. تعدادی از محققان بر آن شدند تا این مساله را آزمایش کنند که آیا می‌توان با استفاده از آب و مواد غذایی درون گیاهان به عنوان محلول الکترولیت یک پیل سوختی الکتروشیمیای، از فتوسنتز درون گیاهان گوشتی برای تولید برق مصرفی پیل های خورشیدی زنده (living solar cells) استفاده کرد.

این محققان با استفاده از یک گیاه گوشتی موسوم به Corpuscularia lehmannii که با نام «گیاه یخ» هم شناخته شده است یک پیل خورشیدی زنده ایجاد کردند. آنها یک «آند» آهنی و یک «کاتد» پلاتینومی را وارد یکی از برگ های این گیاه کردند و دریافتند که ولتاژ آن به میزان ۰.۲۸ ولت (V) است.

زمانی که به درون یک مدار وصل شد،‌ جریان نوری به میزان ۲۰ µA/cm۲ تولید کرد. هر چند این اعداد کمتر از نیروی برق مربوط به یک باتری قلیایی سنتی است اما این تنها مربوط به یک برگ است. محققان می گویند که روش آنها می تواند توسعه فناوری‌های انرژی سبز و پایدار و چندمنظوره را در آینده امکان پذیر سازد.

۵۸۵۸