Leistungs-/Leistungsbits: 1. Februar

Algen-inspirierte Energiegewinnung
Forscher der Dalian Maritime University, des Georgia Institute of Technology und der Sun Yat-sen University haben flexible Stromgeneratoren entwickelt, die ahmen die Art und Weise nach, wie Algen schwanken Oberflächen- und Unterwasserwellen effizient in Strom umzuwandeln, um marinebasierte Geräte mit Strom zu versorgen.

Netzwerke von Sensoren sind über Küstengebiete verteilt, sammeln Informationen über Strömungen, Gezeiten und Wasserqualität und bieten Navigationshilfe für Schiffe. Häufig sind diese Sensoren auf Batterien angewiesen, die ausgetauscht werden müssen, und befinden sich nicht an geeigneten Orten, um Sonnen- oder Windenergie zu nutzen.

Inspiriert von den auf dem Meeresboden lebenden Pflanzen entwickelten die Forscher flexible triboelektrische Nanogeneratoren (TENGs). Indem sie die Art und Weise kopierten, wie Algenstränge vibrieren, konnten die flexiblen TENGs Wellenbewegungen nutzen.

Um die triboelektrischen Oberflächen herzustellen, beschichteten die Forscher 1.5 Zoll mal 3 Zoll große Streifen aus zwei verschiedenen Polymeren mit einer leitfähigen Tinte. Dann wurde ein kleiner Schwamm zwischen die Streifen geklemmt, wodurch ein dünner Luftspalt entstand, und die gesamte Einheit wurde versiegelt, wodurch ein TENG entstand. Als die TENGs in Tests im Wasser auf und ab bewegt wurden, bogen sie sich hin und her und erzeugten Strom. Als die Forscher die TENGs Wasserdrücken aussetzten, die denen ähneln, die unter Wasser in Küstengebieten zu finden sind, stellten sie fest, dass der Luftspalt zwischen den beiden leitfähigen Materialien abnahm. Die Geräte erzeugten jedoch immer noch einen Strom bei einem Druck von 100 kPa – dem gleichen Druck, der typischerweise in einer Wassertiefe von 30 Fuß herrscht, wo es fast keine Unterwasserwellenbewegung gibt.

Schließlich verwendeten die Forscher einen Wellentank, um zu demonstrieren, dass mehrere TENGs als Mini-Unterwasserkraftwerk verwendet werden können, das Energie für entweder ein Thermometer, 30 LEDs oder ein blinkendes Miniatur-LED-Leuchtfeuer liefert. Die Forscher sagen, dass ihr algenähnliches TENG die Abhängigkeit von Batterien in Küstengebieten verringern könnte, einschließlich für Meeressensoren.

Einsperren von Algen für die künstliche Photosynthese
Forscher der Nanyang Technological University Singapore untersuchen, wie die künstliche Photosynthese verbessert werden kann, und haben dies herausgefunden Einhüllen von Algenprotein in Flüssigkeitströpfchen kann die Lichtsammel- und Energieumwandlungseigenschaften der Algen um das bis zu Dreifache steigern.

Künstliche Photosynthese ist ein möglicher Weg zur nachhaltigen Stromerzeugung ohne die Abfallnebenprodukte aus der Herstellung von Solarmodulen. Alternativ könnte die Erforschung auch dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit der Photovoltaik zu steigern.

„Künstliche Photosynthese ist bei der Stromerzeugung nicht so effizient wie Solarzellen. Es ist jedoch erneuerbarer und nachhaltiger. Aufgrund des zunehmenden Interesses an umweltfreundlichen und erneuerbaren Technologien hat die Gewinnung von Energie aus lichtsammelnden Proteinen in Algen ein erhebliches Interesse im Bereich der Bioenergie geweckt“, sagte Assistenzprofessor Chen Yu-Cheng von der School of Electrical and Electronic Engineering at NTU Singapur.

Die Forscher untersuchten eine bestimmte Art von Protein, das in Rotalgen vorkommt, sogenannte Phycobiliproteine, die für die Absorption von Licht in Algenzellen verantwortlich sind, um die Photosynthese anzukurbeln. „Aufgrund ihrer einzigartigen lichtemittierenden und photosynthetischen Eigenschaften haben Phycobiliproteine ​​vielversprechende potenzielle Anwendungen in der Biotechnologie und in Festkörpergeräten. Die Steigerung der Energie aus dem Lichtsammelapparat stand im Mittelpunkt der Entwicklungsbemühungen für organische Geräte, die Licht als Energiequelle nutzen“, sagte Chen.

Um die Energiemenge zu verstärken, die Algen erzeugen können, entwickelte das Forschungsteam eine Methode, um Rotalgen in kleine Flüssigkristall-Mikrotröpfchen mit einer Größe von 20 bis 40 Mikrometer einzuschließen und sie Licht auszusetzen.

Wenn Licht auf das Tröpfchen trifft, tritt ein „Flüstergalerie“-Effekt auf, bei dem Lichtwellen um die gekrümmten Ränder des Tröpfchens laufen. Das Licht wird effektiv über einen längeren Zeitraum im Tröpfchen eingeschlossen, wodurch mehr Möglichkeiten für die Photosynthese geschaffen werden.

„Das Tröpfchen verhält sich wie ein Resonator, der viel Licht einschließt“, sagte Chen. „Dadurch erhalten die Algen mehr Licht, was die Photosyntheserate erhöht. Ein ähnliches Ergebnis lässt sich erzielen, wenn man auch die Außenseite des Tröpfchens mit dem Algenprotein beschichtet.“

Die Forscher sagten, dass die Tröpfchen leicht und kostengünstig in großen Mengen hergestellt werden können, und schlagen vor, dass sie in „Algenfarmen“ verwendet werden könnten, wo dicht wachsende Algen in Gewässern schließlich mit größeren Flüssigkristalltröpfchen kombiniert werden könnten, um Schwimmkraft zu erzeugen Generatoren.

„Die in unseren Experimenten verwendeten Mikrotröpfchen haben das Potenzial, auf größere Tröpfchen skaliert zu werden, die dann außerhalb einer Laborumgebung auf Algen aufgebracht werden können, um Energie zu erzeugen. Während einige Algenwachstum als unansehnlich empfinden, spielen sie eine sehr wichtige Rolle in der Umwelt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es einen Weg gibt, das, was manche als „Bioabfall“ betrachten, in Bioenergie umzuwandeln“, sagte Chen.