אם ניצול אנרגית השמש היה משימה קלה, לא היינו נתקלים בבעיית גזי החממה הנובעת מהשימוש בדלק מאובן. בעוד שמערכות לאנרגיה סולארית פועלות די טוב באקלים מדברי חם, הן עדיין בלתי-יעילות ותורמות רק אחוז קטן מצריכת האנרגיה הכוללת כיום. פתרון חדשני עשוי לצמוח ממקור בלתי-צפוי לחלוטין – כזה שיכול להיות מוגש לך בצלחת ארוחת הערב.
לאחר הצלחת בידוד הגבישים הזעירים של תצמיד הפוטוסינתזה (PSI super complex) מצמח האפונה, פרופסור נלסון הציע כי ניתן יהיה להאיר על גבישים אלו ולהשתמש בהם כמטעני סוללות זעירים או כבסיס לתאים סולאריים מלאכותיים יעילים הרבה יותר.
ננו-מדע הינו המדע של חלקיקיהם הזעירים של חומרים והינו אחד מחזיתות המחקר החשובות ביותר בטכנולוגיה בת-זמננו. בטבע, סידור פרודות תוך כדי דיוק תת-ננומטרי הינו משימה שגרתית החיונית לתפקודיהן של מערכות ביולוגיות כגון מערכת הפוטוסינתזה.
לשם השגת אנרגיה מועילה, הצמחים פיתחו לעצמם “ננו-מכונות” מתוחכמות מאוד המשתמשות באור השמש כמקור האנרגיה שלהן תוך קבלת יעילות קוונטית מושלמת של מאה אחוזים (שיעור ניצול האנרגיה). מערכת זו, הקרויה תצמיד פוטו-מערכת I (PSI) בודדה מעלי אפונה, גובשה והמבנה המרחבי שלה נקבע ע”י פרופסור נלסון בכושר הפרדה גבוה, ממצא המאפשר לו לתאר את הפרטים הסבוכים שלה.
“מטרות המחקר שלי מתמקדות בצורך לקרב אותנו ליכולת ייצור האנרגיה שצמחים מסוגלים להשיג בהמרתם אור-שמש לסוכרים (פחמימות) בעלים הירוקים שלהם,” מסביר החוקר.
פיסיקה קוונטית ופוטונים, כפי שתוארו ע”י אלברט אינשטיין בשנת 1905, מסבירים את העקרונות לגביי התנהגותה של אנרגיית קרינה. ברגע שאור נספג בעלי הצמחים הוא מעורר אנרגטית אלקטרונים המנוצלים לשפעול תגובות ביוכימיות בצמח, כגון יצירת סוכר.
“אם נוכל אפילו להתקרב לאופן שבו הצמחים מפיקים את אנרגיית הסוכרים שלהם, תהיה בידנו פריצת דרך. על-כן, חשוב ביותר לפענח את המבנה של ננו-מכונה זו בכדי להבין לפרטי פרטים את אופן פעולתה,” מסביר החוקר.
מאחר ומרכז התגובה PSI הינו תצמיד חלבון-צבען (פיגמנט) האחראי להמרה הפוטוסינתטית של אנרגיית האור לצורת אנרגיה אחרת, אנרגיה כימית, מרכזי תגובה אלו, שאלפים מהם ארוזים בדיוק רב בגבישים, עשויים לשמש לשם המרת אנרגיית השמש לחשמל וכרכיבי אלקטרוניקה במגוון נרחב של התקנים.
“אפשר להבין בקלות את התדהמה והסיפוק שחשנו כאשר, בעקבות הארת גבישים אלו שמוקמו על לוחות מצופים זהב, הצלחנו להפיק מתח חשמלי של עשרה וולטים. זה אומנם לא יפתור את בעיית האנרגיה בעולמנו, אולם זה יוכל להיות מורכב במתגי אנרגיה עבור התקני אנרגיה-סולארית פשוטים, כדוגמא,” מסכם פרופסור נלסון.
6 תגובות
אני חושב שהדבר הוא אפשרי במידה מסוימת אבל הרעיון הוא לא חדש שמעתיקים מהטבע בישביל טכנולוגיות חדשות.
אני יודע דבר אחד…האפונה עושה לי גזים ואפשר לחמם איתם בחורף.
היעילות האנרגטית של פוטוסינטזה בצמח היא 10% עד 20%
מבלי להתחשב בכל אותם פוטונים שלא נקלטים על ידי הכלורופיל
אני מניח שהבלבול נובע מכך שהמערכת אמנם מפיקה 100 אחוזי ניצולת מן האור שהיא קולטת אבל היא מתעלמת ממרבית אורכי הגל וכלל לא עושה בהם שימוש.
זה, לפחות, הניחוש שלי.
plants have evolved very sophisticated “nano-machinery” which operates with light as its energy source and gives a perfect quantum yield of 100%.
ניצולת קוונטית של 100%?
לא נראה לי.