Un nuevo diseño de pilas de combustible alimentadas por algas que es cinco veces más eficiente que los modelos existentes de plantas y algas, además de ser potencialmente más rentable de producir y práctico de usar, ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad de Cambridge..
A medida que aumenta la población mundial, también lo hace la demanda de energía. La amenaza del cambio climático significa que existe una necesidad urgente de encontrar alternativas más limpias y renovables a los combustibles fósiles que no contribuyan con grandes cantidades de gases de efecto invernadero con consecuencias potencialmente devastadoras para nuestrosSe considera que la energía solar es una fuente particularmente atractiva ya que, en promedio, la Tierra recibe alrededor de 10,000 veces más energía del sol en un tiempo dado de lo que requiere el consumo humano.
En los últimos años, además de los dispositivos fotovoltaicos sintéticos, los biofotovoltaicos BPV, también conocidos como células solares biológicas han surgido como un enfoque ecológico y de bajo costo para recolectar energía solar y convertirla en corriente eléctrica.las células utilizan las propiedades fotosintéticas de microorganismos como las algas para convertir la luz en corriente eléctrica que se puede utilizar para proporcionar electricidad.
Durante la fotosíntesis, las algas producen electrones, algunos de los cuales se exportan fuera de la celda donde pueden proporcionar corriente eléctrica a los dispositivos de energía. Hasta la fecha, todos los BPV demostrados han localizado la carga recolección de luz y generación de electrones y la entrega de energía transferencia acircuito eléctrico en un solo compartimento; los electrones generan corriente tan pronto como han sido secretados.
en una nueva técnica descrita en la revista Energía de la naturaleza , investigadores de los departamentos de Bioquímica, Química y Física han colaborado para desarrollar un sistema BPV de dos cámaras donde se separan los dos procesos centrales involucrados en el funcionamiento de una célula solar - la generación de electrones y su conversión en energía.
"La carga y el suministro de energía a menudo tienen requisitos contradictorios", explica Kadi Liis Saar, del Departamento de Química. "Por ejemplo, la unidad de carga debe estar expuesta a la luz solar para permitir una carga eficiente, mientras que la parte de suministro de energía no requiereexposición a la luz, pero debería ser eficaz para convertir los electrones en corriente con pérdidas mínimas ".
La construcción de un sistema de dos cámaras permitió a los investigadores diseñar las dos unidades de forma independiente y, a través de esto, optimizar el desempeño de los procesos simultáneamente.
"Separar la carga y el suministro de energía significó que pudimos mejorar el rendimiento de la unidad de suministro de energía a través de la miniaturización", explica el profesor Tuomas Knowles del Departamento de Química y el Laboratorio Cavendish. "A escalas en miniatura, los fluidos se comportan de manera muy diferente,permitiéndonos diseñar celdas más eficientes, con menor resistencia interna y menores pérdidas eléctricas ".
El equipo utilizó algas que habían sido modificadas genéticamente para transportar mutaciones que permiten a las células minimizar la cantidad de carga eléctrica disipada de manera no productiva durante la fotosíntesis. Junto con el nuevo diseño, esto permitió a los investigadores construir una célula biofotovoltaica con una potenciadensidad de 0,5 W / m2, cinco veces la de su diseño anterior. Si bien esto sigue siendo solo alrededor de una décima parte de la densidad de potencia proporcionada por las celdas de combustible solar convencionales, estos nuevos BPV tienen varias características atractivas, dicen.
"Si bien las células solares convencionales basadas en silicio son más eficientes que las células alimentadas por algas en la fracción de la energía solar que convierten en energía eléctrica, existen atractivas posibilidades con otros tipos de materiales", dice el profesor Christopher Howe del Departamento deBioquímica. "En particular, debido a que las algas crecen y se dividen de forma natural, los sistemas basados en ellas pueden requerir menos inversión energética y pueden producirse de forma descentralizada".
Separar los componentes de generación y almacenamiento de energía también tiene otras ventajas, dicen los investigadores. La carga se puede almacenar, en lugar de tener que usarse inmediatamente, lo que significa que la carga podría generarse durante el día y luego usarse durante la noche.
Si bien es poco probable que las celdas de combustible alimentadas con algas generen suficiente electricidad para alimentar un sistema de red, pueden ser particularmente útiles en áreas como el África rural, donde la luz solar es abundante pero no existe un sistema de red eléctrica existente.Los fotovoltaicos sintéticos basados en semiconductores generalmente se producen en instalaciones dedicadas lejos de donde se utilizan, la producción de BPV podría llevarse a cabo directamente por la comunidad local, dicen los investigadores.
"Este es un gran paso adelante en la búsqueda de combustibles alternativos más ecológicos", dice el Dr. Paolo Bombelli, del Departamento de Bioquímica. "Creemos que estos desarrollos acercarán los sistemas basados en algas a la implementación práctica".
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