Могут ли растения вырабатывать электричество?
Прежде чем ответить на вопрос о том, можно ли получить электричество из растений, следует ответить на другой вопрос: зачем это нужно.
Потребности человечества в электроэнергии неуклонно растут. При этом традиционные источники её производства с одной стороны неизбежно подходят к концу, а с другой – оказывают необратимое пагубное воздействие на окружающую среду. Эти два фактора стали импульсом к поиску альтернативных источников электроэнергии и её производству.
В последние несколько десятилетий учёным удалось разработать и внедрить весьма эффективные методики получения энергии от ветра, Солнца, приливных волн, недр Земли. Однако все они имеют существенный недостаток – нуждаются в особых условиях размещения, что значительно сужает возможности к равномерному расположению на планете. При этом на Земле существует огромное количество стран, в которых миллионы людей проживают на гигантских площадях, вообще лишённых возможности к размещению любых известных науке источников электричества.
Именно это заставило учёных обратить внимание на растения как на потенциальные энергоносители и начать эксперименты по извлечению энергии из них.
Как это работает?
Королевство Нидерланды более полувека специализируются на разработке всевозможных видов альтернативных источников энергии. В последнее десятилетие голландские биоинженеры компании Plant-e вплотную занялись исследованиями возможности получения электричества из растений, используя побочные продукты фотосинтеза (особый вид углеводов) и добились определённых успехов. Оказалось, что небольшие по площади плантации зелёных насаждений вполне способны выделять энергию, достаточную, например, для подзарядки мобильных устройств, поддержания работы Wi-Fi и настольных светодиодных светильников, подсветки дорожных знаков. Но как это возможно?
Суть научного эксперимента заключалась в попытке использовать излишки сахаридов – веществ, которые образуются растениями в процессе фотосинтеза. Для его проведения учёные высадили в контейнер, выполненный из пластикового материала, специально подобранные растения. Площадь посадки составила всего четверть квадратного метра. Помещённые в благоприятные условия растения активно начали расти, в листьях пошёл процесс фотосинтеза, в результате которого растения продуцируют углеводы, необходимые для собственного роста. Однако было установлено, что количество этих углеводов во много раз превышает объёмы, необходимые для нормальной жизнедеятельности зелёного насаждения. Излишки посредством корневой системы растения просто сбрасывали в почву.
Лишние сахариды (углеводы), попав в почву, вступают в химическую реакцию с кислородом, поступающим в грунт из атмосферы. В результате появляются свободные электроны. Теперь эти электроны надо собрать и трансформировать в электричество.
Пластиковый контейнер с питательной средой для растений разделён на два отсека – аэробный катодный и анаэробный анодный. Между ними расположена мембрана, пропускающая только ионы (в нашем случае водорода), которые, проходя сквозь неё, добираются до катода. В катодной камере постоянно идёт процесс синтеза воды (водород соединяется с кислородом). Свободные электроны начинают двигаться к аноду и передаются на катод по внешней цепи. Так происходит выработка электроэнергии, которая направляется на питание точки освещения или к гаджету.
Следовательно, квадратный метр – уже 28 кВт, а 100 метров (небольшой парник во дворе) – 2800 кВт. Теоретические расчеты наглядно показывают, что при использовании энергосберегающих видов техники и ламп количества электричества вполне хватит для обеспечения нескольких небольших соседних жилых домов.
Демонстрация проекта и его перспективы
Презентация разработки, которую назвали «Звездное небо», прошла ещё в 2014 году. В ходе демонстрации все желающие могли наблюдать одновременную работу 300 светодиодных светильников, осуществляющуюся за счёт фитоэнергии.
Голландские ученые уверены в практичности собственной разработки, которая позволит наладить снабжение электроэнергией самых отдалённых селений на планете, поскольку растения растут повсеместно. Особенно актуально это выглядит для мест, где выращивают рис. Рисовые поля отлично подходят в качестве плантации для организации процесса выработки биоэнергии.
Плантации зелёных насаждений достаточно большой площади можно выращивать на крышах жилых и офисных помещений, что также повысит эффективность энергосбережения при достаточной обеспеченности электричеством, которое будет синтезироваться без всякого вреда для самих растений и окружающей среды в целом.
Сейчас взоры голландских биоинженеров направлены в сторону болот. По идее разработчиков в жидкую среду болота, дельты реки, рисовое поле будут помещены специальные трубы (горизонтально) и организован процесс выработки электрического тока аналогично тому, что уже происходит на лабораторных грядках. Предполагается, что проект будет воплощён в ближайшие 3-5 лет.
Другие эксперименты
Проблемами биоэнергетики заняты не только голландские биоинженеры, но и специалисты других стран, например, США.
Что такое бактериородопсин?
Ещё в 1973 году американские учёные описали белок клеточных мембран фиолетовых бактерий, живущих в солёных озёрах пустынь Калифорнии, который назвали бактериородопсин. Его выделяют уникальные галобактерии, живущие в экстремальных условиях сильно повышенной солёности. А само вещество выдерживает тепловое воздействие выше 100 °С, а также не теряет свойств после нескольких лет хранения в морозильных камерах.
Под воздействием солёной среды галобактерии перенасыщаются водой и лопаются. Их содержимое перемешивается со внешней средой, но мембраны с бактериородопсином благодаря плотной молекулярной «упаковке» не лопаются, а образуют микрокристаллы фиолетового цвета. В этих кристаллах молекулы белка сначала группируются в триады, которые затем собираются в шестиугольники правильной формы. Кристаллы имеют достаточную величину, чтобы их выделить из раствора методом центрифугирования. В результате промывки аппарата на свет появляется чистая желеобразная масса фиолетового цвета, на 75% состоящая из бактериородопсина и на 25% – из фосфолипидов.
Оказалось, что если на этот осадок воздействовать лучами света, то вольтметр показывает присутствие энергии. Как только воздействие света прекращается, вольтметр замирает. Этот эксперимент доказывает, что бактериородопсин может генерировать электрический ток. Однако пока это открытие дальнейшего развития не получило.
Другим примером разработок в области фитоэнергетики является белковая генераторная батарея, созданная в одной из лабораторий Калифорнийского университета, которая смогла поддерживать работу светодиодного светильника около полутора часов. Также интересна разработка уникального приёмника, функционирующего на фитоэнергии, вырабатываемой мхом. Его создала группа европейских учёных. Однако всё это пока только идеи, нуждающиеся во множестве доработок.
Ближе всего к реализации возможности получения тока из растений оказались именно голландцы из компании Plant-e, которые знают не только о том, можно ли получить электричество из растений, но и как это сделать на практике.
