“Pin năng lượng mặt trời sống” mở đường cho công nghệ năng lượng bền vững

Các nhà khoa học tại Học viện Technion ở Israel đã khám phá ra một cách để thu điện năng từ thực vật. Bằng cách thu thập các electron được vận chuyển tự nhiên trong tế bào thực vật, các nhà khoa học có thể tạo ra điện như một phần của pin mặt trời sinh học "xanh". Nhóm nghiên cứu đã sử dụng loại cây mọng nước để tạo ra một "tế bào năng lượng mặt trời sinh học" sống chạy bằng quang hợp năng lượng mặt trời.

Mặc dù thực vật có thể đóng vai trò là nguồn thực phẩm, cung cấp oxy và đồ trang trí, nhưng chúng thường không được coi là nguồn điện tốt. Bằng cách thu thập các electron được vận chuyển tự nhiên trong tế bào thực vật, các nhà khoa học có thể tạo ra điện như một phần của pin mặt trời sinh học “xanh”.

Trong tất cả các tế bào sống, từ vi khuẩn và nấm đến thực vật và động vật, các electron được luân chuyển xung quanh như một phần của các quá trình sinh hóa tự nhiên. Nhưng nếu có các điện cực, các tế bào thực sự có thể tạo ra điện mà có thể được sử dụng ở bên ngoài.

Các nhà nghiên cứu trước đây đã tạo ra pin nhiên liệu theo cách này với vi khuẩn, nhưng vi khuẩn phải được cung cấp thức ăn liên tục. Thay vào đó, các nhà khoa học đã chuyển sang quang hợp để tạo ra dòng điện. Trong quá trình này, ánh sáng điều khiển một dòng electron từ nước mà cuối cùng sẽ tạo ra oxy và đường. Điều này có nghĩa là các tế bào quang hợp sống liên tục tạo ra một dòng điện tử có thể được kéo đi dưới dạng “dòng quang điện” và được sử dụng để cấp nguồn cho mạch bên ngoài, giống như pin mặt trời.

Một số loài thực vật - như loài sen đá ở trong môi trường khô cằn - có lớp biểu bì dày để giữ nước và chất dinh dưỡng bên trong lá. Nhóm nghiên cứu muốn kiểm tra xem liệu quá trình quang hợp ở các loài sen đá có thể tạo ra năng lượng cho các tế bào năng lượng mặt trời sống bằng cách sử dụng nước và chất dinh dưỡng bên trong chúng làm dung dịch điện phân của tế bào điện hóa hay không. Họ đã tạo ra một tế bào năng lượng mặt trời sống bằng cách sử dụng cây sen đá tim, còn được gọi là “cây băng”. Họ lắp một cực dương bằng sắt và cực âm bằng bạch kim vào một chiếc lá của cây và thấy rằng điện áp của nó là 0,28V. Khi được nối vào một mạch điện, nó tạo ra mật độ dòng quang điện lên tới 20 µA/cm2, khi tiếp xúc với ánh sáng và có thể tiếp tục tạo ra dòng điện trong hơn một ngày.

Mặc dù những con số này ít hơn so với pin kiềm truyền thống, nhưng chúng chỉ đại diện cho một lá duy nhất. Các nghiên cứu trước đây về các thiết bị hữu cơ tương tự cho thấy rằng việc kết nối nhiều lá nối tiếp có thể làm tăng điện áp.

Nhóm đã thiết kế chi tiết pin mặt trời sống sao cho các proton trong dung dịch bên trong lá có thể được kết hợp để tạo thành khí hydro ở cực âm và lượng hydro này có thể được thu thập và sử dụng trong các ứng dụng khác. Các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp của họ cho phép phát triển các công nghệ năng lượng xanh đa chức năng, bền vững trong tương lai.