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Technion、バイオ・ソーラセル、光合成プロセスから電気を抽出

January, 23, 2023, Haifa--テクニオンの研究者は、多肉植物の自然光合成から電気を取り出す方法を見つけた。

植物は、食用、酸素源、装飾品として役立てられるが、優れた電源となると見なされることはあまりない。しかし、植物細胞内で自然に輸送される電子を収集することにより研究者は、「グリーン」生物学的ソーラセルの一部として電気を生成できる。今回、ACS Applied Materials & Interfacesで報告した研究者は、初めて、多肉植物を利用して、光合成で動作する生きた「バイオソーラセル」を作製した。

全ての生細胞では、バクテリアから菌類、植物や動物まで電子が自然のバイオケミカルプロセスの一部として往復する。しかし、電極が存在すると、細胞は実際、外部利用可能な電気を生成できる。以前の研究者は、この方法で、バクテリアにより燃料電池を作製したが、微生物は絶え間なく餌を供給しなければならなかった。代わりに、Noam Adirのチームを含む研究者は、電流生成のために光合成に眼を向けた。このプロセス中、究極的に酸素と糖の生成となる水からの電子の流れを光がドライブする。つまり、生きた光合成セルは、絶えず電子の流れを生み出し、それを「光電流」として抽出し、まさにソーラセルのように、外部回路の電源として利用できる。

乾いた環境に見つかるある多肉植物は、葉に水や栄養素を保持する厚いキューティクルを持つ。Yaniv Shlosberg、Adirは、多肉植物の光合成が、その内部の水と栄養素を電気化学セルの電解質溶液として利用して生きたソーラセルを実現するかどうかをテストしたかった。

研究チームは、多肉植物、コルプスクラリアレーマニー、いわゆる「アイスプラント」を使って生きたソーラセルを作製した。チームは、鉄アノードとプラチナカソードをその植物の葉の一つに挿入し、電圧0.28Vを確認した。回路に接続するとそれは光電流密度 20 µA/cm2を生成した。これらの数字は、従来のアルカリバッテリよりも少ないが、それらはわずか1枚の葉の代表に過ぎない。同様の有機デバイスについての以前の研究が示唆していることは、多数の葉を連続接続すると電圧を高めることができる。チームは、内部葉溶液内のプロトンが統合されてカソードに水素ガスを形成するように、特別に生きたソーラセルを設計した。この水素を集めて他のアプリケーションで使うことができる。研究者によると、その方法は、未来の持続可能、多機能エネルギー技術の開発を可能にする。
(詳細は、https://www.technion.ac.il)