Nasza cywilizacja w celu swojego podtrzymania, dokonywanego

Nasza cywilizacja w celu swojego podtrzymania, dokonywanego

Nr wniosku: 238331, nr raportu: 19406. Kierownik (z rap.): mgr Julian David Janna Olmos
Nasza cywilizacja w celu swojego podtrzymania, dokonywanego postępu oraz rozwoju opiera się w
ogromnym stopniu na konsumpcji paliw kopalnych. Ponieważ złoża paliw kopalnych są ograniczone i
nieodnawialne, a także uwzględniając przyspieszony i niekontrolowany wzrost ludzkiej populacji można
prognozować iż moment ich wyczerpania nastąpi prędzej niż później. Spodziewam się że wszystkie dostępne
ludzkości złoża paliw kopalnych ulegną wyczerpaniu do końca obecnego stulecia. [1] Obecnie wysiłki
skierowane w celu opracowania innowacyjnych i opłacalnych rozwiązań technologicznych dla odnawialnych
źródeł energii są ograniczone biorąc pod uwagę powagę sytuacji. Projekt ten odniósł sukces w opracowaniu
dwóch niezależnych metod, polegających na zaimplementowaniu pół syntetycznych technik
fotosyntetycznych w celu usprawnienia wydajności procesu konwersji energii słonecznej w elektryczną. Co
ważne dowiódł również iż implementacja tanich, skalowalnych i nietoksycznych struktur białkowych
uzyskanych z ekstremofilnych organizmów fotosyntetycznych jest niezwykle atrakcyjną alternatywną
technologią dla usprawnienia i ulepszenia ogniw solarnych, a docelowo efektywność konwersji energii
słonecznej uzyskiwanej przez nowatorskie pół syntetyczne, fotosyntetyczne nanourządzenia i nanokonstrukty.
Wyniki uzyskane w ramach tego projektu pokazują, że specyficzne oddziaływania pomiędzy białkami
poza ich naturalnym środowiskiem odgrywają krytyczną rolę w transferze energii, a w szczególności
konfiguracja fotosyntetyczna głównych reakcji fazy jasnej ex vivo. Znaczącym odkryciem jest, pokazany przez
dwa niezależne eksperymenty, fakt iż odpowiednie oddziaływania białko-białko prowadzą do zwiększenia
wydajności transferu elektronów w porównaniu do białek działających niezależnie. Jest to pierwsza
demonstracja, dokonana za pomocą dwóch niezależnych eksperymentów ukazująca, że specyficzna redukcja
odległości oraz odpowiednia wzajemna orientacja najlepszego foto-konwertera występującego w naturze –
fotosystemu I (PSI) w stosunku do materiałów emitujących zarówno elektrony jak i plazmony skutkuje
zwiększeniem wydajności wspomaganej konwersji energii.
Pierwszy eksperyment wykorzystywał zalety srebra jako wysokiej jakości przewodnika energii
elektrycznej. Poprzez zastosowanie cytochromu c553 (cyt c553) jako łącznika pomiędzy nanostrukturą srebra i
foto-konwerterem (PSI) udało się nam usprawnić zdolność PSI do absorpcji i emisji światła w jego dotychczas
spektroskopywych, ślepych zakresach. Jest wysoce wskazane by rozwiązanie to wprowadzić na skalę
przemysłową w modułach konwersji słonecznej, takich jak panele słoneczne, które wykorzystują światło o
ograniczone. Istnieje również możliwość zastosowania tego rozwiązania w konstrukcji fotodetektorów i optoelektronice. Ponadto zastosowanie tej technologii w już istniejących nanourządzeniach konwertujących
energię słoneczną na prąd elektryczny lub paliwa pozwoli na znaczące zwiększenie ich wydajności.
Drugi eksperyment polegał na wykorzystaniu właściwości przewodnictwa elektrycznego krzemu oraz
jego zdolności do absorbowania światła w zakresie widma słonecznego. Ponieważ krzem jest drugim
najczęściej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, to metoda go wykorzystująca jest praktycznie
pozbawiona ograniczeń wywołanych brakiem dostępu odpowiednich surowców i ich kosztów oraz
nietoksyczna dla środowiska. Fotowoltanika bazująca na krzemie zdominuje rynek energii do końca 2030 roku.
[1] Poprzez skonstruowanie czterech generacji nanourządzeń udało się nam wykazać, że wydajność konwersji
światła na prąd elektryczny może być poprawiona poprzez wykorzystanie natywnego donora elektronów dla
PSI, cyt c553 w miejscu kontaktu PSI i materiału uwalniającego elektrony, krzemu. Jest pierwszy eksperyment,
w którym uzyskano tego typu konfigurację, szczególnie gdy uwzględnić typ użytego krzemu. Wszystkie
nanonurządzenia stanu stałego posiadają olbrzymi potencjał, gdyż są one kluczem do przyszłego zastosowania
tej technologii na masową skalę. Wartym uwagi jest fakt iż korzystając z klasycznych, fotowoltanicznych metod
charakteryzacji ogniw poprzez pomiar wartości gęstości prądu 2.3 (mA/cm2) uzyskano wyniki znacznie
przewyższające dotychczas opublikowane dane. Technologia ta niesie ze sobą wspaniałe perspektywy,
pozwalające snuć wizję całych budynków pokrytych cienką warstwą zfunkcjonalizoanego krzemu, co przy tym
poziomie wydajności pozwoli na produkcję znaczących ilości energii elektrycznej.
[1] Armaroli et al. Chem. Eur. J. 2016, 22, 32 – 57