Как получить электричество из травы

Технология Plant-e – электричество из растений

В течение нескольких последних лет многие компании, занимающиеся разработкой зеленых источников электроэнергии, ведут кропотливые исследования, направленные на поиски альтернативных методов ее получения. Так, голландская компания Plant-e добилась успеха в использовании для этой цели побочных продуктов фотосинтеза некоторых водолюбивых растений.

Принцип получения электроэнергии в чем-то схож с известным школьным экспериментом, когда вставленные в картофелину или в лимон электроды позволяют извлечь немного электричества, однако описываемая здесь технология имеет более сложное устройство.

Презентация новой технологии компании Plant-e прошла осенним вечером 2014 года в одном из парков Гамбурга. Проект носил название «Звездное небо» (Starry Sky), и суть его заключалась в том, что 300 обычных светодиодных светильников будут получать электричество от живых растений. Это и было продемонстрировано всем желающим наблюдателям, присутствующим в тот день на презентации.

Наряду с проектом «Звездное небо», компания Plant-e реализует системы питания точек доступа Wi-Fi, зарядные устройства для мобильных гаджетов, источники питания для подсветки транспортной инфраструктуры, дорожных знаков, и т.п., а также электрические модули для установки на крыши домов. Все это работает с применением энергии, получаемой от живых растений, причем без причинения этим растениям даже минимального вреда.

Учредители Plant-e уверены в революционности технологии, поскольку метод совершенно экологически безопасен, а главное – есть возможность использовать обширные площади болот и рисовых полей для производства электроэнергии в промышленных масштабах там, где имеет место ее дефицит, и речь здесь идет о целых странах.

В основе технологии – своеобразный аккумулятор, представляющий собой квадратный пластиковый контейнер со стороной 50 см. Контейнер разделен на две части ионоселективной мембраной, через которую происходит движение ионов водорода к катоду.

В одной части контейнера расположена аэробная катодная камера, а в другой части – анаэробная анодная камера. К аноду устремляются свободные электроны, которые по внешней цепи передаются на катод. В результате соединения водорода с кислородом в катодной камере образуется вода, и генерируется электрический ток.

Это становится возможным, поскольку при фотосинтезе солнечная энергия преобразуется через листья в органические вещества, которые затем выводятся растением через корни в окружающую их влажную почву.

Часть органических веществ расходуется самим растением для обеспечения его жизнедеятельности, а оставшаяся в воде почвы их часть перерабатывается микроорганизмами, в результате чего образуется много свободных электронов, вот они то и используются для производства электричества. Проще говоря, электроды, погруженные в эту влажную почву, захватывают электроны, и производят электрический ток.

По словам исполнительного директора компании Маржолейн Элдер, один квадратный метр площади сада, оборудованный таким образом, сможет произвести 28 кВт-ч электрической энергии в год, и это вполне пригодно для площадей, скажем в 100 квадратных метров и более, будь то садовый участок, или оборудованные аналогичным образом теплицы.

Следующим же шагом на данной стадии, станет использование компанией болот. По замыслу разработчиков, в топь, болото, рисовое поле, или дельту реки будут горизонтально погружены трубы, в которых будет происходить процесс аналогичный процессу в квадратных ячейках. Трубчатый прототип уже создан, и в течение ближайших трех-пяти лет будет выведен на рынок.

Электричество из живых растений: зеленые электростанции

Компания под названием Plant-e из Нидерландов трансформирует энергию живых зеленых растений в электрическую, которая будет использоваться в практике. Например, уже сейчас этой энергии может хватить, чтобы обеспечить работу светодиодных осветительных приборов, точек Wi-Fi и зарядки батарей мобильных электронных устройств.

Ученые не перестают заниматься самыми смелыми экспериментами в области биоэнергетики. Получение электрической энергии из живых растений – перспективное направление в этой сфере, которое позволит хотя бы отчасти решить проблему энергообеспечения отдельных регионов планеты с низким уровнем экономического развития. Компания Plant-e из Нидерландов трансформирует энергию растений в электрическую энергию, которую можно использовать в различных целях.

Зеленые электостанции

Электричество можно получать из растений

На сегодняшний день очень актуальна тема новых, дополнительных источников электрической энергии.

Один из альтернативных методов в этой области открыли сотрудники компании Plant-e, которые досконально изучили определенные процессы, имеющие место в биосфере. Для получения электроэнергии голландцы использовали один из побочных продуктов реакции фотосинтеза (это учат на уроках биологии в школе).

Электричество, получаемое из живых растений

Исследователи высаживают растения особого вида в специально подготовленные для этого контейнеры, изготовленные из пластика, площадью до 1/4 метра кв. Растения активно растут и в результате фотосинтеза вырабатывают определенные сахаристые соединения. Объем сахара, который вырабатывают растения, значительно превосходит необходимость в нем этих растений и излишки сахара «сбрасываются» посредством корневой системы обратно в грунт. Сахар, полученный в растениях и попавший в грунт, начинает вступать в реакцию с кислородом в атмосфере и в ходе этой реакции выделяются свободные электроны. Электроды при погружении в грунт собирают свободные электроны, трансформируя их в электрический ток, а объем электричества, которое вырабатывается в данном процессе, вполне достаточен для обеспечения энергией светодиодных осветительных приборов, точек Wi-Fi и даже зарядки батарей мобильных электронных устройств.

Основатели компании Plant-e уверены, что разработанная ими биотехнология выработки электроэнергии найдет применение в слабо развитых и удаленных регионах планеты, там, где естественные условия подходят для роста растений и где, по ряду причин, нет возможности подключать к эксплуатации другие технологии получения энергии.

Прямая трансформация световой энергии в электрическую заложена в принципе работы генераторов, содержащих хлорофилл. Хлорофилл под действием солнечного света может отдавать и присоединять электроны. М. Кальвин еще в далеком 1972 году предложил концепцию создания фотоэлемента, в котором источником электротока был бы хлорофилл, способный при условии освещения отнимать электроны от заданных веществ и передавать их каким-то другим. Кальвин взял в качестве проводника, вступающего в контакт с хлорофиллом, соединение оксид цинка. При освещении этой системы в ней возникал электрический ток плотностью 0,1 микроампера на один квадратный см. Данный фотоэлемент работал непродолжительное время, так как хлорофилл быстро утрачивал свойство отдавать электроны. Чтоб продлить время действия фотоэлемента использовался еще один источник электронов — гидрохинон. В такой системе зеленый пигмент отдавал уже не только свои, но и электроны гидрохинона. Простые математические расчеты гласят, что подобный фотоэлемент площадью 10 квадратных м имеет потенциальную мощность до одного киловатта.

История развития

Профессор Фудзио Такахаси из Японии для выработки электроэнергии брал хлорофилл, полученный из зеленых листьев шпината. Транзисторный приемник, к которому присоединили солнечную батарейку, благополучно работал. Помимо этого, на Японских островах осуществляются исследования по трансформации солнечной энергии в электрическую при помощи цианобактерий, выращенных в специальной питательной среде. Цианобактерии наносятся тонким слоем на прозрачный электрод из оксида цинка и с противоэлектродом погружают в так называемый буферный раствор. И когда на бактерии попадет свет, в цепи рождается электрический ток. В 1973 году американские ученые У. Стокениус и Д. Остерхельт сделали описание своеобразного белка мембран фиолетовых бактерий из соленых озер Калифорнийской пустыни. Белок этот назвали бактериородопсином. Интересно, что бактериородопсин возникает в мембранах галобактерий при нехватке кислорода. А дефицит кислорода в водоемах наблюдается при активном развитии галобактерий. Посредством бактериородопсина бактерии усваивают солнечную энергию, возмещая имеющийся в результате прекращения дыхания недостаток энергии.

Что такое бактериородопсин

Бактериородопсин выделяют из солелюбивых галобактерий, отправив их в воду (эти бактерии замечательно себя чувствуют в растворе кухонной соли). Галобактерии переполняются водой и лопаются, естественно, их содержимое перемешивается с водной средой. Но мембраны, содержащие бактериородопсин, не поддаются разрушению, так как имеют стойкую “упаковку” своих пигментарных молекул. Эти молекулы образуют белковые кристаллы – фиолетовые бляшки. В них молекулы бактериородопсина сгруппированы в триады, а триады – в правильные шестиугольники. Бляшки по размеру крупнее остальных компонентов галобактерий, и поэтому их можно выделить методом центрифугирования. В результате промывки центрифугата остается фиолетовая масса пастообразной консистенции. На 75% она состоит из бактериородопсина и на 25% – из фосфолипидов, которые заполняют пространства между белковыми молекулами.

Фосфолипидами называются молекулы жиров в соединении с остатками фосфорной кислоты. Еще каких-то веществ в центрифугате нет, поэтому создаются удобные условия для экспериментов с бактериородопсином. Данное сложное соединение необычайно устойчиво к воздействию среды. Оно не теряет своей активности при нагреве до 100 °С и спокойно хранится в холодильнике на протяжении лет. Бактериородопсин имеет устойчивость к кислотам и окислителям. Причина этой устойчивости кроется в том, что галобактерии обитают в необыкновенно суровой среде — в насыщенных солевых растворах, например, в водах озер в природной зоне пустынь. В подобной сильно соленой и перегретой среде организмы, с тонкими мембранами не выживают. Этот факт необычайно интересен как возможности бактериородопсина как трансформатора световой энергии в электрическую. Когда мы выпавший в осадок под влиянием ионов кальция бактериородопсин освещаем, то прибор вольтметр продемонстрирует присутствие электрического потенциала на поверхности мембран. Если убрать свет, потенциал пропадает. В итоге было доказано, что бактериородопсин способен выступать в качестве генератора электрического тока.

Белковые генераторы

В лаборатории специалиста в сфере биоэнергетики В. П. Скулачева досконально изучался процесс встраивания бактериородопсина в мембрану и условия работы его как светозависимого генератора электрического тока. Со временем в данной лаборатории были изготовлены электрические элементы с использованием белковых генераторов электрического тока. В таких элементах имелись мембранные фильтры, пропитанные фосфолипидами с бактериородопсином и хлорофиллом. Специалисты утверждают, что подобные фильтры с белками-генераторами, если их соединить последовательно, могут выступать в качестве электробатареи.

В университете Калифорнии создали идентичную батарею, которая входе одноразового использования в продолжение 1,5 часов давала светиться электрической лампе. Выводы биоэнергентиков позволяют надеяться, что фотоэлементы на базе бактериородопсина и хлорофилла смогут применяться как генераторы электроэнергии.

Описанные выше опыты — начальный этап в разработке новых типов фотоэлектрических и топливных элементов, трансформирующих световую энергию с высокой результативностью. Видимо, недалек тот день, когда жители Земли станут извлекать «электричество из растений».

Исчерпаемые источники энергии рано или поздно подойдут к концу. На планете иссякнут запасы нефти, газа, угля. И выработка электрической энергии на гидроэлектростанциях, тепловых (работающих на угле), атомных электростанциях станет вчерашним днем. Все эти технологии, активно работающие в ХХ веке, нанесли и продолжают наносить колоссальный вред окружающей среде. А человечество нуждается в электрической энергии как никогда. Представьте, что на ваших гаджетах сели батареи, а монитор домашнего или рабочего компьютера не светится привычным светом. Без электрической энергии жизнь цивилизации будет парализована. Возможно, такие «зеленые» электростанции и подобные им разработки станут панацеей в будущем и спасут людей от энергетического кризиса? Ведь уже сегодня значительную долю электроэнергии получают на альтернативных – ветровых, приливных, волновых станциях. Подобные экологичные пути выработки электроэнергии не наносят вред окружающей среде и со временем помогут отказаться от опасных для человека и природы производств.опубликовано econet.ru.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Внутри растений вырастили электрические цепи

Растения питают жизнь на Земле. Они представляют собой изначальный источник пищи, снабжая энергией почти все живые организмы, и лежат в основе ископаемых видов топлива, которые питают энергетические потребности современного мира. Но сжигание давно умерших лесов меняет мир опасным образом. Можем ли мы как-нибудь получше использовать силу живых растений?

Например, можно было бы превратить растения в природные солнечные электростанции, которые могут преобразовывать солнечный свет в энергию эффективней, чем мы. Для этого нам нужно найти способ извлекать из них энергию в форме электричества. Одна компания нашла способ собирать урожай электронов, депонируемых растениями в почву под ними. А новое исследование из Финляндии рассматривает возможность прямого забора энергии из растений за счет превращения их внутренних структур в электрические цепи.

Растения содержат трубки, заполненные водой, которые называются «элементами ксилемы», они переносят воду от корней к листьям. Вместе с потоком воды также переносятся и распространяются растворенные питательные вещества и другие вещи вроде химических сигналов. Финские исследователи, работа которых была опубликована в PNAS, разработали химическое вещество, которое скормили розе, способное переносить и хранить электричество.

В ходе предыдущих экспериментов использовали химическое вещество под названием PEDOT, образующее проводящие провода в ксилеме, но не проникающее дальше в растение. Для нового исследования была разработана молекула ETE-S, формирующая аналогичные электрические проводники, но которые также можно проводить везде, где протекает поток воды через ксилему.

Этот поток движется за счет притяжения между молекулами воды. Когда вода в листе испаряется, она тянет за собой цепочку молекул, вытягивая воду вверх от корней через все растение. Можно увидеть это своими глазами, если поместить в растение пищевой краситель и наблюдать за тем, как цвет движется вверх по ксилеме. Метод исследователей был так похож на эксперимент с пищевым красителем, что они могли видеть, куда в растении проник электрический проводник, по его окраске.

Результатом стала сложная электронная сеть, пронизывающая листья и лепестки, окружающая их клетки и повторяющая их структуру. Образовавшиеся провода проводили электричество в сто раз лучше, чем провода из PEDOT, и могли хранить электроэнергию так же, как это делает электронный компонент под названием конденсатор.

Электрастения?

То, как хорошо сформировались электрические сети, удивило даже экспериментаторов. Возможно, это благодаря тому, что когда розы обрабатывали ETE-S, они производили те же самые химические вещества, которыми они убивают вторгающихся микроорганизмов. Эти химические вещества привели к тому, что образованный твердый электрический проводник работал куда лучше внутри растения, чем когда его испытывали в лаборатории.

Остаются проблемы, которые необходимо решить, прежде чем это открытие сможет продемонстрировать свой потенциал на полную. Что важно, нужно найти способ помещать ETE-S (или другое, улучшенное вещество) в нетронутые, живые растения. Однако создание электрического растения, то есть растения с интегрированной электрической цепью, теперь кажется вполне возможным.

Каким образом их можно было бы использовать? Самая захватывающая возможность — если бы мы могли объединить электрический накопитель и схемы с возможностью напрямую использовать энергию фотосинтеза и создали таким образом буквальный зеленый источник энергии. Но чтобы такая технология появилась, нам придется лучше понять обычные растения. У них нет нервной системы, как у растений, но они используют электрические сигналы для управления отдельными клетками и передачи сигналов между разными частями растения. Например, венерина мухоловка активирует ловушку при помощи электрического сигнала.

Создание электрических цепей в растении позволит нам с легкостью улавливать эти сообщения. Возможно, когда мы лучше узнаем их «язык», мы научимся посылать растению инструкции. Например, чтобы активировать защитную систему растения, если оно будет под угрозой болезни.

Или мы могли бы создать электронные растения, которые работают подобно машинам. Если урожай мог бы рассказать нам, что ему не хватает воды или удобрений или что его атакуют насекомые, мы могли бы направить необходимые ему ресурсы и повысить эффективность сбора урожая. Возможно, однажды при помощи этой технологии можно будет заставить розы пахнуть подснежниками. Потому что мы можем.

Источники:

http://electrik.info/main/news/971-tehnologiya-plant-e-elektrichestvo-iz-rasteniy.html
http://econet.ru/articles/elektrichestvo-iz-zhivyh-rasteniy-zelenye-elektrostantsii
http://hi-news.ru/science/vnutri-rastenij-vyrastili-elektricheskie-cepi.html