تولید برق از گیاهان؛ یک فناوری شگفت انگیز!

برخی محققان برای اولین بار از فرایند فتوسنتز در گیاهان برای تولید برق در قالب یک پیل سوختی فتوسنتزی استفاده کرده و می‌گویند این روش برای توسعه فناوری‌های سبز در آینده قابل استفاده است.

از گیاهان اغلب به عنوان منبع غذا، اکسیژن و تزئینات یاد می‌شود، اما نه منبع برق. با این حال، دانشمندان کشف کرده اند که با مهار نقل و انتقال طبیعی الکترون‌ها در سلول‌های گیاهی، امکان تولید برق به عنوان بخشی از یک سلول خورشیدی بیولوژیک سبز وجود دارد.

در یک مطالعه اخیر منتشر شده در نشریه ACS Applied Materials & Interfaces محققان برای اولین بار از یک گیاه گوشتی (succulent) برای ایجاد یک «سلول خورشیدی بیولوژیک» زنده که بر اساس فتوسنتز کار می‌کند، استفاده کرده‌اند.

الکترون‌ها بطور طبیعی به عنوان بخشی از فرایند‌های بیولوژیک در همه سلول‌های زنده جابه‌جا می‌شوند. با وارد کردن الکترود‌ها می‌توان از این الکترون‌ها برای تولید برق برای مصرف خارجی استفاده کرد. تحقیقات گذشته موفق به ساخت پیل‌های سوختی با استفاده از باکتری شده بود، اما این‌ها مستلزم تغذیه مداوم بودند. این رویکرد جدید از فرایند فتوسنتز استفاده می‌کند یعنی فرایندی که گیاهان با استفاده از آن انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند.

در طول این فرایند، جریان نور، الکترون‌ها را از آب به حرکت درمی‌آورد که در نهایت به تولید اکسیژن و قند منجر می‌شود. این به معنی آن است که سلول‌های زنده فتوسنتزی بطور مداوم در حال ساخت جریانی از الکترون‌ها هستند که می‌توان آن‌ها را به عنوان یک «جریان نوری» (photocurrent) مهار کرده و مانند یک سلول خورشیدی از آن برای تامین برق یک مدار خارجی استفاده کرد.

گیاهان خاصی مانند گیاهان گوشتی یافت شده در محیط‌های خشک، پوست ضخیمی برای نگهداری آب و مواد مغذی در درون برگ‌های خود دارند. تعدادی از محققان بر آن شدند تا این مساله را آزمایش کنند که آیا می‌توان با استفاده از آب و مواد غذایی درون گیاهان به عنوان محلول الکترولیت یک پیل سوختی الکتروشیمیای، از فتوسنتز درون گیاهان گوشتی برای تولید برق مصرفی پیل‌های خورشیدی زنده (living solar cells) استفاده کرد.

این محققان با استفاده از یک گیاه گوشتی موسوم به Corpuscularia lehmannii که با نام «گیاه یخ» هم شناخته شده است یک پیل خورشیدی زنده ایجاد کردند. آن‌ها یک «آند» آهنی و یک «کاتد» پلاتینومی را وارد یکی از برگ‌های این گیاه کردند و دریافتند که ولتاژ آن به میزان ۰.۲۸ ولت (V) است.

زمانی که به درون یک مدار وصل شد، جریان نوری به میزان ۲۰ µA/cm ۲ تولید کرد. هر چند این اعداد کمتر از نیروی برق مربوط به یک باتری قلیایی سنتی است، اما این تنها مربوط به یک برگ است. محققان می‌گویند که روش آن‌ها می‌تواند توسعه فناوری‌های انرژی سبز و پایدار و چندمنظوره را در آینده امکان پذیر سازد.