In un primo elettrizzante, Gli scienziati di Stanford si sono collegati a cellule di alghe e hanno sfruttato una minuscola corrente elettrica. L'hanno trovata alla fonte stessa della produzione di energia:la fotosintesi, il metodo di una pianta per convertire la luce solare in energia chimica. Potrebbe essere un primo passo verso la generazione di bioelettricità "ad alta efficienza" che non emette anidride carbonica come sottoprodotto, dicono i ricercatori.
"Crediamo di essere i primi a estrarre elettroni da cellule vegetali viventi, " ha detto WonHyoung Ryu, l'autore principale del documento pubblicato nel numero di marzo di Nano lettere . Ryu ha condotto gli esperimenti mentre era un ricercatore associato per il professore di ingegneria meccanica Fritz Prinz.
Il team di ricerca di Stanford ha sviluppato un unico, nanoelettrodo ultra-affilato in oro, appositamente progettato per sondare all'interno delle celle. Lo spinsero delicatamente attraverso le membrane delle cellule algali, che lo sigillava intorno, e la cellula rimase in vita. Dalle cellule fotosintetizzanti, l'elettrodo ha raccolto gli elettroni che erano stati energizzati dalla luce ei ricercatori hanno generato una minuscola corrente elettrica.
"Siamo ancora nelle fasi scientifiche della ricerca, " ha detto Ryu. "Avevamo a che fare con singole cellule per dimostrare che possiamo raccogliere gli elettroni."
Le piante usano la fotosintesi per convertire l'energia luminosa in energia chimica, che è immagazzinato nei legami degli zuccheri che usano per il cibo. Il processo avviene nei cloroplasti, le centrali elettriche cellulari che producono zuccheri e danno alle foglie e alle alghe il loro colore verde. Nei cloroplasti, l'acqua viene scissa in ossigeno, protoni ed elettroni. La luce solare penetra nel cloroplasto e porta gli elettroni a un livello energetico elevato, e una proteina li afferra prontamente. Gli elettroni vengono trasmessi da una serie di proteine, che successivamente catturano sempre più energia degli elettroni per sintetizzare gli zuccheri fino a esaurire tutta l'energia dell'elettrone.
In questo esperimento, i ricercatori hanno intercettato gli elettroni subito dopo che erano stati eccitati dalla luce ed erano ai loro livelli energetici più alti. Hanno posizionato gli elettrodi d'oro nei cloroplasti delle cellule delle alghe, e ha sottratto gli elettroni per generare la piccola corrente elettrica.
Il risultato, dicono i ricercatori, è la produzione di elettricità che non rilascia carbonio nell'atmosfera. Gli unici sottoprodotti della fotosintesi sono i protoni e l'ossigeno.
"Questa è potenzialmente una delle fonti di energia più pulite per la generazione di energia, " disse Ryu. "Ma la domanda è, è economicamente fattibile?"
Ryu ha detto che erano in grado di prelevare da ogni cella solo un picoampere, una quantità di elettricità così piccola che avrebbero bisogno di un trilione di celle fotosintetiche per un'ora solo per eguagliare la quantità di energia immagazzinata in una batteria AA. Inoltre, le cellule muoiono dopo un'ora. Ryu ha detto che piccole perdite nella membrana attorno all'elettrodo potrebbero uccidere le cellule, oppure potrebbero morire perché stanno perdendo l'energia che normalmente userebbero per i loro processi vitali. Uno dei prossimi passi sarebbe quello di modificare il design dell'elettrodo per prolungare la vita della cella, ha detto Ryu.
Raccogliere elettroni in questo modo sarebbe più efficiente che bruciare biocarburanti, poiché la maggior parte degli impianti che vengono bruciati come combustibile alla fine immagazzina solo circa il 3-6 percento dell'energia solare disponibile, ha detto Ryu. Il suo processo aggira la necessità di combustione, che sfrutta solo una parte dell'energia immagazzinata da una pianta. La raccolta di elettroni in questo studio era efficiente di circa il 20%. Ryu ha detto che potrebbe teoricamente raggiungere il 100% di efficienza un giorno. (Le celle solari fotovoltaiche sono attualmente efficienti per circa il 20-40%.)
I possibili passi successivi sarebbero utilizzare un impianto con cloroplasti più grandi per un'area di raccolta più ampia, e un elettrodo più grande che potrebbe catturare più elettroni. Con una pianta più longeva e una migliore capacità di raccolta, potrebbero aumentare il processo, ha detto Ryu. Ryu è ora professore alla Yonsei University di Seoul, Corea del Sud.
