Вчені використовують гриби в якості основи для біологічних сонячних панелей

Американські дослідники запропонували використовувати гриби в якості основи для біологічних сонячних панелей, що виробляють електрику завдяки світлочутливим ціанобактеріям. Експерименти з надрукованими на 3D-принтері прототипами показали, що гриби підвищують виживаність бактерій після друку, розповідають автори статті в Nano Letters, інформує UkrMedia.

Крім класичних технологій створення сонячних панелей існує і менш популярний напрям - біофотовольтаіка. У ній в якості перетворювача сонячного світла в електричний струм використовуються бактерії, здатні до фотосинтезу. Як правило, вчені використовують для цього ціанобактерії - синьо-зелені водорості. У присутності води і світла вони розщеплюють молекули води на молекулярний кисень, іон водню і електрон. Цей електрон можна захопити одним електродом, а потім використовувати на іншому електроді для зворотного перетворення кисню і водню у воду.

Вчені вже створили досить багато варіантів такої біологічної сонячної панелі, але поки всі вони залишаються лише лабораторними прототипами. Одна з причин цього полягає в тому, що часу життя бактерій мало для реального застосування через недостатню біосумісність інших елементів панелі, невідповідних умов або інших факторів. Ману Маннур (Manu Mannoor) і його колеги з Технологічного університету Стівенса запропонували збільшувати час життя ціанобактерій у біофотовольтаічеських пристроях завдяки використанню в якості підкладки іншого організму - гриба. Завдяки такому носієві бактерії отримують необхідну вологу з ґрунту через невеликі канали в грибі. Крім того, він забезпечує бактеріям оптимальну температуру і pH.

Дослідники створили два типи чорнила для друку на грибі, в даному випадку шампіньйоні. Один з матеріалів заснований на гідрогелеві з альгінату натрію, в який додане живильне середовище для бактерій і самі бактерії роду Anabaena. Другий матеріал друку - це провідна суміш з двох іономіри PEDOT:PSS, в яку додали графенові наноленти. Під час друку 3D-принтер спочатку створює токозбірник з графенової суміші, а потім поверх нього друкує спіралеподібну смугу суміші з ціанобактеріями.

Для перевірки характеристик фототрофних бактерій в якості перетворювача сонячної енергії дослідники провели кілька експериментів. Вимірювання електричних характеристик показало, що максимальний вироблений струм становить близько 67 наноампер, причому 3D-друк організованих структур підвищує величину струму порівняно з рівномірно розподіленими бактеріями. Крім того, автори досліджували вплив гриба на виживання бактерій порівняно з друком на полісілоксановій моделі гриба. З'ясувалося, що використання цього гриба в якості підкладки помітно підвищує виживаність порівняно із застосуванням штучної підкладки, однак навіть у такому випадку кількість живих бактерій падає до приблизно 10% через три дні.