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Energía eléctrica de plantas - plantas de energía verde
La transformación directa de la energía de la luz en energía eléctrica subyace a la operación de generadores que contienen clorofila. La clorofila puede dar y unir electrones cuando se expone a la luz.
En 1972, M. Calvin propuso la idea de crear una célula solar, en la que la clorofila sirviera como fuente de corriente eléctrica, capaz de quitar electrones de ciertas sustancias específicas bajo iluminación y transferirlas a otras.
Calvin utilizó óxido de zinc como conductor en contacto con la clorofila. Al iluminar este sistema, apareció una corriente eléctrica con una densidad de 0.1 microamperios por centímetro cuadrado.
Esta fotocélula no funcionó por mucho tiempo, ya que la clorofila perdió rápidamente su capacidad de donar electrones. Para extender la duración de la fotocélula, se usó una fuente de electrones adicional, hidroquinona. En el nuevo sistema, el pigmento verde regalaba no solo el suyo, sino también los electrones de hidroquinona.
Los cálculos muestran que una fotocélula de 10 metros cuadrados puede tener una potencia de aproximadamente kilovatios.
El profesor japonés Fujio Takahashi usó clorofila extraída de las hojas de espinaca para generar electricidad. El receptor del transistor al que estaba conectado el panel solar funcionó con éxito.
Además, se están realizando investigaciones en Japón sobre la conversión de energía solar en energía eléctrica utilizando cianobacterias cultivadas en un medio nutriente. Se aplica una capa delgada de ellos a un electrodo transparente de óxido de zinc y, junto con el contraelectrodo, se sumerge en una solución tampón. Si las bacterias ahora están iluminadas, aparecerá una corriente eléctrica en el circuito.
En 1973, los estadounidenses W. Stockenius y D. Osterhelt describieron una proteína inusual de las membranas de las bacterias violetas que viven en los lagos salados de los desiertos de California. Se llamaba bacteriorrodopsina.
Es interesante notar que la bacteriorrodopsina aparece en las membranas de las halobacterias con falta de oxígeno. La deficiencia de oxígeno en los cuerpos de agua ocurre en el caso del desarrollo intensivo de halobacterias.
Con la ayuda de la bacteriorrodopsina, las bacterias absorben la energía del Sol, compensando así el déficit de energía resultante de la interrupción de la respiración.
La bacteriorrodopsina se puede aislar de las halobacterias colocando estas criaturas amantes de la sal que se sienten muy bien en una solución saturada de cloruro de sodio en agua. Inmediatamente se desbordan con agua y estallan, mientras que su contenido se mezcla con el medio ambiente. Y solo las membranas que contienen bacteriorrodopsina no se destruyen debido al fuerte "empaquetamiento" de las moléculas de pigmento que forman cristales de proteínas (sin conocer la estructura, los científicos las llamaron placas de color púrpura).
En ellas, las moléculas de bacteriorrodopsina se combinan en tríadas, y las tríadas en hexágonos regulares. Dado que las placas son significativamente más grandes que todos los demás componentes halobacterianos, se pueden aislar fácilmente por centrifugación. Después de lavar la centrífuga, se obtiene una masa pastosa de color violeta. El 75 por ciento consiste en bacteriorrodopsina y el 25 por ciento de fosfolípidos que llenan los espacios entre las moléculas de proteína.
Los fosfolípidos son moléculas de grasa en combinación con residuos de ácido fosfórico. No hay otras sustancias en la centrífuga, lo que crea condiciones favorables para experimentar con bacteriorrodopsina.
Además, este compuesto complejo es muy resistente a los factores ambientales. No pierde actividad cuando se calienta a 100 ° C y puede almacenarse en el refrigerador durante años. La bacteriorrodopsina es resistente a los ácidos y diversos agentes oxidantes.
La razón de su alta estabilidad se debe al hecho de que estas halobacterias viven en condiciones extremadamente duras, en soluciones salinas saturadas, que, en esencia, son las aguas de algunos lagos en el área de desiertos quemados por el calor tropical.
En un ambiente tan extremadamente salado y también sobrecalentado, los organismos que tienen membranas comunes no pueden existir. Este hecho es de gran interés en relación con la posibilidad de usar bacteriorrodopsina como transformador de energía luminosa en energía eléctrica.
Si la bacteriorrodopsina precipitada bajo la influencia de iones de calcio se ilumina, entonces, utilizando un voltímetro, es posible detectar la presencia de un potencial eléctrico en las membranas. Si apaga la luz, desaparece. Por lo tanto, los científicos han demostrado que la bacteriorrodopsina puede funcionar como un generador de corriente eléctrica.
En el laboratorio del famoso científico, especialista en el campo de la bioenergía V.P. Skulachev, se estudió cuidadosamente el proceso de incorporación de bacteriorrodopsina en una membrana plana y las condiciones para su funcionamiento como generador de corriente eléctrica dependiente de la luz.
Más tarde, en el mismo laboratorio, se crearon elementos eléctricos en los que se utilizaron generadores de proteínas de corriente eléctrica. Estos elementos tenían filtros de membrana impregnados con fosfolípidos con bacteriorrodopsina y clorofila. Los científicos creen que filtros similares con generadores de proteínas, conectados en serie, pueden servir como una batería eléctrica.
La investigación sobre el uso de generadores de proteínas en el laboratorio de V.P. Skulachev atrajo la atención de los científicos. En la Universidad de California, crearon la misma batería que, cuando se usó durante una hora y media, hizo que la bombilla brillara.
Los resultados experimentales dan la esperanza de que las fotocélulas basadas en bacteriorrodopsina y clorofila se utilicen como generadores de energía eléctrica. Los experimentos realizados son la primera etapa en la creación de nuevos tipos de células fotovoltaicas y de combustible capaces de transformar la energía de la luz con gran eficiencia.
Ver también: Otras fuentes alternativas de energía.
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