Исследователи из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали макет биотопливной установки для получения электроэнергии с помощью синезеленых водорослей видов Anabaena и Synechococcus. О своей разработке ученые рассказали на международной конференции молодых ученых в области электротехники и электроники 2020 EIConRus.

Сегодня созданием экологичных и возобновляемых источников энергии занимаются множество ученых со всего мира. Кроме достаточно заурядных ветра и Солнца ученые уже научились использовать для получения энергии биогаз и тепло человеческого тела. Авторы новой разработки нашли новый источник экологически чистой электроэнергии — сине-зеленые водоросли. По мнению специалистов, эти самые древние на земле организмы перспективны для использования в качестве источников электроэнергии и могут быть эффективно использованы в биотопливных элементах.

«В качестве биологического объекта мы использовали два штамма цианобактерий – Anabaena и Synechococcus. Эти цианобактерии одни из самых древних микроорганизмов на Земле, которые обладают бактериальной структурой клеток. Это единственные прокариоты, которые способны использовать солнечный свет для получения энергии, воду в качестве донора электронов, а углекислый газ из воздуха для получения углеродсодержащих соединений. Отличительной особенностью этих водорослей является способность к кислородному фотосинтезу. Именно она позволила наполнить земную атмосферу примерно 2,3 миллиарда лет назад кислородом», — рассказала инженер ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Анна Пудова.

Ученые придумали и реализовали модель биотопливного элемента, который позволяет генерировать электроэнергию при действии солнечного света, и испытали ее в лаборатории. Чтобы увеличить эффективность установки, ученые сконструировали и оптимизировали параметры наноструктурированных анодов, на которые осаждаются микроорганизмы. Для этого авторы протестировали различные типы анодов на основе стеклоуглерода, углекартона, углеродного войлока. Затем они сравнили эффективность выработки энергии при использовании различных штаммов цианобактерий. Оказалось, что ячейка с бактерией Synechococcus имеет эффективность выше, чем при использовании Anabaena в 1,3 раза. Максимальная эффективность установки оказалась равной 183 мВт/м², если использовался гибридный углеродный анод.

«Мы проанализировали зависимость разности потенциалов между анодом и катодом от интенсивности падающего излучения. Это позволило исследователям сделать вывод, что такой эффект возникает в топливном элементе из-за присутствия в среде реактора цианобактерий. При облучении видимым светом в установке в течение часа мы наблюдали увеличение потенциала от 75 до 175 мВ, а затем снижение его в темноте до 110 мВ через 15 мин. Это значит, как цианобактерии реагируют на свет и обуславливают появление потенциала», — поясняет Пудова.

Теперь исследователи стараются повысить эффективность биотопливного элемента. Для этого они планируют усовершенствовать конструкцию ячейки, расширить выбор используемых материалов для изготовления анода и найти еще более эффективные штаммы.