Fotosynteesi puhtaan energian tuotantoon

13.05.2023

Rochester-fotosynteesi-puhtaan-energian-tuotantoon-400-t.jpgRochesterin yliopiston tutkijaryhmä on aloittamassa uraauurtavaa projektia jäljitellä luonnollista fotosynteesiprosessia käyttäen bakteereja kuljettamaan elektroneja nanokiteiseen puolijohdevalokatalyyttiin.

PNAS- lehdessä julkaistussa artikkelissa kemian prosessorit Kara Bren ja Todd Krauss osoittavat, että Shewanella oneidensis -bakteeri tarjoaa käytännössä ilmaisen, mutta tehokkaan tavan tuottaa elektroneja heidän keinotekoiseen fotosynteesijärjestelmään.

Vety on "ihanteellinen polttoaine", Bren sanoo, "koska se on ympäristöystävällinen ja hiilivapaa vaihtoehto fossiilisille polttoaineille."

Suurin osa nykyisistä vedyntuottojärjestelmistä perustuu kuitenkin fossiilisiin polttoaineisiin tai niillä ei ole tehokasta tapaa siirtää elektroneja.

Tutkijat ovat historiallisesti erottaneet vetyä joko fossiilisista polttoaineista tai viime aikoina vedestä. Jälkimmäisen saavuttamiseksi on olemassa suuri paine käyttää keinotekoista fotosynteesiä.

Luonnollisessa fotosynteesissä kasvit absorboivat auringonvaloa, jota ne käyttävät kemiallisten reaktioiden tehostamiseen hiilidioksidin ja veden muuntamiseksi glukoosiksi ja hapeksi. Pohjimmiltaan valoenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi, joka ruokkii organismia.

Kraussin ja Brenin ryhmät ovat työskennelleet noin vuosikymmenen ajan kehittääkseen tehokkaan järjestelmän, joka käyttää keinotekoista fotosynteesiä ja hyödyntää puolijohteen nanokiteitä valon absorboijina ja katalyytteinä.

Yksi tutkijoiden kohtaama haaste oli elektronien lähteen selvittäminen ja elektronien tehokas siirtäminen elektronin luovuttajasta nanokiteisiin. Muut järjestelmät ovat käyttäneet erilaisia menetelmiä mutta, "tarvitaan elektronilähde, joka on melkein ilmainen tai järjestelmästä tulee liian kallis", Krauss sanoo.

Krauss ja Bren raportoivat artikkelissaan epätodennäköisestä elektroninluovuttajasta: Shewanella oneidensis bakteereista.

Vaikka muut laboratoriot ovat yhdistäneet nanorakenteita ja bakteereja, "kaikki nämä ponnistelut ottavat elektroneja nanokiteistä ja laittavat ne bakteereihin ja käyttävät sitten bakteerikoneistoa polttoaineiden valmistukseen", Bren selventää. "Sikäli kuin tiedämme, meidän tapaus on ensimmäinen, jossa mennään päinvastaiseen suuntaan ja käytetään bakteereja nanokiteiden katalyytin elektronien lähteenä."

Kun bakteerit kasvavat anaerobisissa olosuhteissa – olosuhteissa, joissa ei ole happea – ne hengittävät soluaineita polttoaineena ja vapauttavat prosessissa elektroneja. Shewanella oneidensis voi ottaa oman sisäisen aineenvaihdunnan tuottamia elektroneja ja luovuttaa ne ulkoiselle katalyytille.

Siten, toisin kuin mikrobielektrolyysikennot, tämä järjestelmä ei vaadi ulkoista potentiaalia.

Vety on tulevaisuuden polttoaine. "Teknologia on olemassa mutta ennen kuin vety tulee vedestä valon ohjaamana reaktiona - ilman fossiilisia polttoaineita - se ei todellakaan auta ympäristöä." toteaa Bren yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Elektroniikkaa ja bakteereja

Uusia MOF-katalyyttejä

Vetyä suoraan merivedestä

16.05.2024Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota
15.05.2024Säilölaskentaa molekyyleillä ja keinolihaksilla
14.05.2024Muisti ferrosähköisestä ja ferromagneettisesta alueista
13.05.2024Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan
10.05.2024Elektronit vauhdikkaina kaksiulotteisissa polymeereissä
09.05.2024Entistä tehokkaampia dielektrisiä kondensaattoreita
08.05.2024Elektronikanavia ilman resistanssia
07.05.2024Uusia kehitysnäkymiä kvanttitietotekniikalle
06.05.2024Mikrobeja torjuva kuparipinta kosketusnäytöille?
04.05.2024Kuinka valo voi höyrystää vettä ilman lämpöä
03.05.2024Puolijohdemateriaalista paljastuu "yllättävä" piilotoiminta
02.05.2024Äänivärähtelyihin perustuva kvanttimuisti
01.05.2024Joustava ja tehokas DC-muunnin kestävän energian mikroverkkoihin
30.04.2024Valo reagoi magneettikenttään kuin elektroni
29.04.2024Valoa tehokkaammin ja valolla tunnustellen
27.04.2024Aivojen kaltainen tietokone vedellä ja suolalla
26.04.2024Uudenlaisia kondensaattoreita ja keloja
25.04.2024Kvanttielektroniikka grafeenien avulla
24.04.2024Akku ja superkonkka yhteen soppii
23.04.2024Kaareva datalinkki esteitä ohittamaan
22.04.2024Kvanttimateriaali lupaa uutta puhtia aurinkokennoille
21.04.2024Läpimurto lupaa turvallista kvanttilaskentaa kotona
20.04.2024Yksi atomikerros kultaa ja molekyylikorjaaja
19.04.2024Uusia ja yllättäviä topologiota
18.04.2024Kvanttivalo syntyy renkaassa ja lähtee kiertueelle
17.04.2024Fononit ja magnonit kaveraavat
16.04.2024E-nenälle ihmisen tasoinen hajuaisti
15.04.2024Valo valtaa alaa magnetismissa
13.04.2024Nanorakenteilla energiaa haihtuvasta vedestä
12.04.2024Bolometrit kubitteja mittaamaan
11.04.2024Kudottavia ohuita puolijohdekuituja
10.04.20242D-antenni tehostaa hiilinanoputkien valontuottoa
09.04.2024Lisää tiedonsiirtokapasiteettia langattomaan viestintään
08.04.2024Korkealaatuisia mikroaaltosignaaleja fotonisirulta
05.04.2024Kahden konstin grafeeni
04.04.2024Kohti utopistisia verkkoja
03.04.2024Lehtipihan hyönteinen inspiroi näkymättömyysrakenteita
02.04.2024Aivojen inspiroima langaton anturijärjestelmä
01.04.2024Uusi energiatehokas mikroelektroninen rakenne
29.03.2024Harppaus kohti valon nopeita tietokoneita
28.03.2024Kertakäyttöiset tekoälyanturit terveyden seurantaan
27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille

Näytä lisää »