تولید برق با پروتئین‌های فتوسنتزی سلول‌های خورشیدی زیستی

محققان دانشگاه روهر بوخوم ( RUB ) آلمان، نوعی سلول خورشیدی با پایه زیستی را توسعه داده اند. آنها به منظور ایجاد جریان الکترونی کارآمد، دو پروتئین فوتو سیستمیک 1 و 2 را که در گیاهان وظیفه فتوسنتز را برعهده دارند درون مولکول های پیچیده ای جاسازی کردند که این مولکول ها در آزمایشگاه پرورش یافته اند. این تیم از محققان به رهبری پروفسور Wolfgang Schuhmann ازگروه تحلیلی شیمی و مرکز علوم الکتروشیمیایی (CES) و پروفسور  Matthias Rögner از گروه بیوشیمی گیاهی، گزارشی را در مجله Angewandte Chemie به چاپ رسانده اند.
فوتو سیستم 1 و 2 در برگها، از انرژی نور برای تبدیل دی اکسید کربن به اکسیژن و زیست توده، به طور بسیار موثری استفاده می کنند. اما محققان پروژه سلول های خورشیدی با پایه زیستی دانشگاه بوخوم، به جای زیست توده برق تولید می کنند. تیم پروفسور Rögner این دو فوتو سیستم را از سیانو باکتری های گرماگرایی که درچشمه های آب گرم ژاپن زندگی می کنند جدا کرده اند. این فوتوسیستم ها به دلیل زیستگاه و رفتارشان، نسبت به انواع پروتئین هایی که در شرایط غیر عادی محیطی اتفاق نمی افتد بسیار با ثبات تر می باشند. تیم پروفسور Schuhmann مواد رسانای الکترونی پیچیده ای را با نام هیدروژل های اکسیداسیون و کاهش توسعه داده است. این محققین فوتوسیستم ها را به منظور اتصال آنها به الکترودهای سلول های فتوولتائیک، درون این هیدروژل ها تعبیه کردند.
سلول از دو محفظه تشکیل شده است. در محفظه اول، پروتئین فوتوسیستم 2 الکترون ها را از مولکول های آب بیرون کشیده و در نتیجه اکسیژن تولید می کند. الکترون ها از هیدروژل اکسیداسیون و کاهش به سوی الکترود واقع در محفظه اول مهاجرت می کنند که این الکترود به الکترود واقع در محفظه دوم متصل است. الکترود واقع در محفظه دوم الکترون ها را توسط یک هیدروژل اکسیداسیون و کاهش دیگر، به سوی فوتوسیستم 1 هدایت می کند. در آنجا الکترون ها به سمت اکسیژن هدایت شده؛ آب تولید می شود. فوتوسیستم ها تنها در صورتی قادر به انجام این فرآیند می باشند که توسط انرژی نور، توان لازم را کسب کرده باشند. بنابراین، اگر در معرض نور قرار گیرند، جریان برق مداومی در درون سیستم بسته وجود خواهد داشت.

به منظور تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی، بین دو الکترود باید اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد. محققان دانشگاه بوخوم این اختلاف پتانسیل را با قرار دادن هیدروژل های اکسیداسیون و کاهش متفاوت که دارای پتانسیل های مختلفی می باشند ایجاد کرده اند. این اختلاف پتانسیل، ولتاژ سلول فتوولتائیک زیستی را مشخص و در نتیجه بهره وری آن را تعیین می کند. در حال حاضر، بهره وری سلول های خورشیدی با پایه زیستی چند نانووات در هر سانتی متر مربع می باشد.طبق اظهارات پروفسور Rögner، این سیستم ممکن است با رنگ آبی خود در توسعه سلول های نیمه مصنوعی و طبیعی با هدف کمک به عبور نور در دیگر سیستم های حامل انرژی مانند هیدروژن مطرح گردد.