I ricercatori raccolgono corrente elettrica dalle alghe

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Grafico corrente elettrica da alghe

Una simulazione del processo per raccogliere corrente elettrica dalle alghe: le alghe rilasciano molecole che trasportano elettroni a un elettrodo di acciaio inossidabile (l'anodo). Gli elettroni si trasferiscono al secondo elettrodo (un catodo di platino) che può ridurre i protoni presenti nella soluzione elettrolitica dell'acqua di mare a gas idrogeno. La corrente può essere utilizzata direttamente o, se viene prodotto idrogeno, il gas può essere utilizzato come futuro combustibile pulito.

Rricercatori dal Istituto israeliano di tecnologia (Technion) hanno sviluppato un nuovo metodo che raccoglie una corrente elettrica direttamente dalle alghe in modo ecologico ed efficiente. L'idea, che è venuta al dottorando Yaniv Shlosberg mentre nuotava in spiaggia, è stata sviluppata da un consorzio di ricercatori di tre facoltà Technion che sono membri del Grand Technion Energy Program (GTEP), insieme a un ricercatore dell'Israel Oceanographic e Istituto di ricerca limnologica (IOLR).

Le problematiche problematiche dei combustibili fossili sono il motore trainante della ricerca sui metodi delle fonti energetiche alternative, pulite e rinnovabili. Uno di questi è l'uso di organismi viventi come fonte di correnti elettriche nelle celle a combustibile microbiche (MFC). Alcuni batteri possono trasferire elettroni a celle elettrochimiche per produrre corrente elettrica. I batteri hanno bisogno di essere costantemente nutriti e alcuni di loro sono patogeni.

Una tecnologia simile sono le celle bio-fotoelettrochimiche (BPEC). Per quanto riguarda l'MFC, la fonte di elettroni può provenire da batteri fotosintetici, in particolare cianobatteri. I cianobatteri producono il proprio cibo da anidride carbonica, acqua e luce solare e nella maggior parte dei casi sono benigni.

I gruppi di ricerca del Prof. Noam Adir e del dottorando Yaniv Shlosberg, hanno precedentemente sviluppato tecnologie che utilizzavano i cianobatteri per ottenere corrente elettrica e combustibile a idrogeno, come pubblicato in Comunicazione e scienza della natura.

Tuttavia, i cianobatteri presentano alcuni inconvenienti. Producono meno corrente al buio, poiché non viene eseguita la fotosintesi. Inoltre, la quantità di corrente ottenuta è ancora inferiore a quella ottenuta dalle tecnologie delle celle solari, in modo che, sebbene più rispettoso dell'ambiente, il BPEC sia meno attraente dal punto di vista commerciale.

Passaggio da cianobatteri a Ulva

In questo studio, i ricercatori del Technion e dell'IOLR hanno deciso di provare a risolvere questo problema utilizzando una nuova fonte fotosintetica: le alghe. Molte specie diverse di alghe crescono naturalmente sulla costa mediterranea di Israele, in particolare Ulva (conosciuto anche come lattuga di mare) che viene coltivato in grandi quantità presso l'IOLR a fini di ricerca.

La ricerca è stata guidata dal Prof. Noam Adir e Yaniv Shlosberg, della Facoltà di Chimica Schulich e GTEP. Hanno collaborato con ulteriori ricercatori del Technion: Dr. Tunde Toth (Facoltà di Chimica Schulich), Prof. Gadi Schuster, Dr. David Meiri, Nimrod Krupnik e Benjamin Eichenbaum (Facoltà di Biologia), Dr. Omer Yehezkeli e Matan Meirovich (Facoltà of Biotechnology and Food Engineering) e il Dr. Alvaro Israel dell'IOLR di Haifa.

I ricercatori Technion/IOLR hanno costruito un prototipo di dispositivo che raccoglie la corrente direttamente nel Ulva vasca di crescita Dopo aver sviluppato nuovi metodi per collegare Ulva e BPEC, sono state ottenute correnti mille volte superiori a quelle dei cianobatteri, correnti che sono al livello di quelle ottenute dalle celle solari standard. Il prof. Adir osserva che queste correnti aumentate sono dovute all'alto tasso di fotosintesi delle alghe e alla capacità di utilizzare le alghe nella loro acqua di mare naturale come elettrolita BPEC, la soluzione che promuove il trasferimento di elettroni nel BPEC.

Inoltre, l'alga fornisce correnti al buio, circa il 50% di quelle ottenute alla luce. La fonte della corrente oscura proviene dalla respirazione, dove gli zuccheri prodotti dal processo fotosintetico vengono utilizzati come fonte interna di nutrienti. In modo simile al BPEC cianobatterico, non sono necessarie sostanze chimiche aggiuntive per ottenere la corrente. L'Ulva produce molecole mediatrici di trasferimento di elettroni che vengono secrete dalle cellule e trasferiscono gli elettroni all'elettrodo BPEC.

La nuova tecnologia è carbon negative. L'alga assorbe il carbonio dall'atmosfera durante il giorno mentre cresce e rilascia ossigeno. Durante la raccolta delle correnti durante il giorno, non viene rilasciato carbonio. Durante la notte, le alghe rilasciano la normale quantità di carbonio dalla respirazione.

"Presentando il nostro dispositivo prototipo, dimostriamo che è possibile raccogliere correnti significative dalle alghe", ha affermato il prof. Adir. "Riteniamo che la tecnologia possa essere ulteriormente migliorata portando a future tecnologie di energia verde".

I ricercatori hanno presentato sulla rivista il loro nuovo metodo per raccogliere una corrente elettrica direttamente dalle alghe Biosensori e Bioelettronica. Il documento descrive i risultati ottenuti dai ricercatori della Facoltà di Chimica Schulich, la Facoltà di Biologia, la Facoltà di Biotecnologie e Ingegneria Alimentare, GTEP e IOLR.

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