Fluoreszierende Proteine. (Universität Birmingham) Wenn man Milliarden von Jahren in allen möglichen Umgebungen überlebt hat, lernt man ein paar Tricks, um Licht so effizient wie möglich zu nutzen – und jetzt könnten langlebige, lichtemittierende Mikroalgen dabei sein, uns bei der Entwicklung der nächsten Generation zu helfen von Sonnenkollektoren.
Diese fluoreszierenden Algen sind in der Lage, bis zu 95 % des verfügbaren Lichts einzufangen – viel besser als selbst unsere effizientesten Solarmodule – und jetzt haben wir dank einer neuen Studie endlich eine Vorstellung davon, wie sie das machen und wie wir es möglicherweise tun können das gleiche.
Erweiterte Verwendung Massenspektrometer Methoden, wo Ionisierung Wird zur Analyse der chemischen und strukturellen Eigenschaften der Organismen verwendet, konnten Wissenschaftler insbesondere zwei Arten von Mikroalgen genauer untersuchen: Cyanobakterien Und rote Algen .
Wie sind es also so effiziente Solarkonverter? Eine Masse lichtsammelnder Antennen, genannt Phycobilisomen Bedecken Sie die Oberfläche dieser Mikroorganismen, die für die Umwandlung von Licht in Energie verantwortlich sind.
Jede Antenne besteht aus Stapeln von Bausteinen, und die neue Studie hat vier verschiedene Arten von Bausteinen identifiziert – ein großer Schritt in unserem Verständnis der Funktionsweise dieser Algen.
Da diese Phycobilisomen oder Antennen in der Lage sind, bis zu 95 Prozent des Lichts einzufangen, das sie erreicht, ist der potenzielle Aufschwung für erneuerbare Energien enorm, wenn man bedenkt, dass die Mehrheit der gängigen Photovoltaikzellen, die wir derzeit haben, mit 10 bis 20 Prozent betrieben wird Effizienzbereich.
„Mikroalgen sind faszinierende Organismen, die Dinge viel besser können als von Ingenieuren entworfene Systeme“, sagt einer aus dem Team , Aneika Leney von der University of Birmingham im Vereinigten Königreich.
„Durch die Anwendung dieses Wissens können wir echte Fortschritte bei der Anpassung dieser Systeme für den Einsatz in Solarmodulen erzielen.“
Bisher hatten wir nur begrenzten Erfolg damit, Mikroalgen als Inspiration für das Design von Solarmodulen zu verwenden, da die Organismen so komplex sind und es so viele verschiedene Arten zu betrachten gibt. Die in dieser neuesten Forschung verwendeten Techniken könnten das ändern.
Durch die Identifizierung der unterschiedlichen Bausteine oder Module in den Cyanobakterien und Rotalgen, die bisher noch nicht entdeckt wurden – jeder unterscheidet sich ein wenig in der Art und Weise, wie er Licht einfängt – können Wissenschaftler damit beginnen, herauszufinden, wie man Solarmodule entwickeln kann, die besser funktionieren als die Besten was die Natur zu bieten hat.
Und auch wenn Mikroalgen den von Menschen hergestellten Solarpaneelen im Moment möglicherweise die Nase vorn haben, gibt es in der Photovoltaik-Technologie immer noch große Fortschritte: Einige Solarpaneele können Wirkungsgrade von erreichen knapp 30 Prozent mit modernster Feinabstimmung.
In der Zwischenzeit erforschen Wissenschaftler weiterhin andere Möglichkeiten, das Potenzial erneuerbarer Energien zu steigern – ob das nun der Fall ist Entwicklung von flüssigem Kraftstoff um die von der Sonne gewonnene Energie zu speichern oder herauszufinden, wie man daraus Strom erzeugen kann Kälte des Nachthimmels .
Der nächste große Durchbruch könnte dank dieser Mikroalgen erfolgen. Die Forscher werden nun tiefer in die Analyse einsteigen und herausfinden, was genau die Lichtsammelantennen ausmacht, die sie so effizient machen.
Es gibt noch mehr Ebenen biologischer Komplexität, die es zu erforschen gilt, und das Team schätzt, dass es bis zu 20 Bausteintypen zu entdecken gibt.
„Das ausgeklügelte Bedienfeld, mit dem Algen Sonnenlicht in nutzbare Energie umwandeln, ist komplizierter als eine Schweizer Uhr“, sagt einer der Forscher , Albert Heck von der Universität Utrecht in den Niederlanden. „Dies ist das Produkt von drei Milliarden Jahren Evolution, und Ingenieure könnten viel daraus lernen.“
„Ein Urorganismus, der uns den Bauplan für die ultimativen supereffizienten Solarzellen liefert.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Zellchemie .