Bandoma saulės energijos konvertavimo į vandenilį sistema

Mokslininkai iš Oak Ridge Nacionalinės laboratorijos Energijos departamento sukūrė biohibridinę fotokonversijos sistemą, kurioje sąveikauja fotosintezėje dalyvaujantys augalų baltymai ir sintetiniai polimerai. Sistemoje matoma šviesa verčiama į vandenilinį kurą. Nagrinėdami dirbtinę šviesos konversijos sistemą, mokslininkų grupė pademonstravo bei patvirtino, panaudodami mažos kampinės neturonų sklaidos analizę, kad šviesos surinkimo komplekse II (angl. light harvesting complex II) baltymai savaime susijungia su polimerais į dirbtinę membraną ir gamina vandenilį. Mokslininkai nori sukurti energiją gaminančias fotokonversines sistemas, kurios verstų šviesą į energiją panašiu būdu, kaip tai vyksta augaluose ir fotosintetiniuose organizmuose. Panašiai daroma fotovoltiniuose elementuose, gaminančiuose vandenilį.

„Labai sudėtinga pagaminti save pačią atstatančią dirbtinę fotokonversijos sistemą. Galimybė, kad sistema pati kontroliuotų struktūrą ir tvarką bei sugebėtų atsinaujinti, yra labai svarbi. Sistema labai greitai išsigimsta ir praranda efektyvumą, - pasakė laboratorijos tyrėjas Hju Onilas (Hugh O'Neill). - Tai pirmas pavyzdys, kai baltymas kontroliuoja sintetinio polimero fazinį virsmą. Mokslinėje literatūroje daugiau tokių atvejų mes neradome. Šis atradimas galėtų būti panaudotas įtraukiant save atkuriantį procesą į ateities saulės energijos konversijos sistemas.“

Atlikta mažos kampinės neutronų sklaidos analizė parodė, kad, patalpinus šviesos surinkimo kompleksą į skystį, turintį polimerus, su kuriais vyksta sąveika, susidaro plonasluoksniai lakštai. Panašūs dariniai yra matomi ir natūraliose fotosintetinėse membranose. Komplekso sugebėjimas formuoti su polimerais tvarkingas ir sluoksniuotas struktūras, o ne likti beformėje masėje, gali sudaryti sąlygas biohibridinių fotokonversinių sistemų kūrimui. Tokia sistema būtų sudaryta iš didelio ploto srities, šviesą surenkančios panelės, kurioje baltymai kartu su katalizatoriumi, tokiu kaip platina, verstų saulės šviesą į vandenilį, vėliau naudojamą kurui.

Tyrimas buvo tęsinys anksčiau laboratorijos vykdyto darbo, kuriame buvo nagrinėtos energijos konvertavimo galimybės naudojant fotosistemos I kompleksus. Ankstesniame darbe tirta, kaip sintetinės sistemos, veikiančios augalų biochemijos pagrindu, gali būti pritaikytos sprendžiant pasaulines energetikos problemas.

„Mūsų darbas paremtas fotosintezės tyrimais, siekiant išnagrinėti save surenkančias biohibridines sistemas. Neutronų sklaida tiesiogiai patvirtina, kad tai vyksta“, - pasakė Onilas. Nedidelės energijos neutronai, kurių energija sumažinama juos praleidus pro kriogeniškai atšaldytą vandenilį, yra ideali priemonė biologinių audinių ir polimerų molekulinių struktūrų tyrime.

Šviesos surinkimo komplekso baltymai eksperimente gauti iš paprasto šaltinio – špinatų, įsigytų vietiniame produktų skyriuje, bei vėliau apdorotų atskiriant baltymus nuo kitų ląstelės dalių. Onilas pasakė, kad pagrindinis komplekso baltymų vaidmuo yra skirtas saulės energijos surinkimui ir jos perdavimui fotosintezės reakcijos centrams. „Tačiau, šis tyrimas rodo, kad šviesos surinkimo komplekas dalyvauja ir elektrono perdavimo reakcijose. Šis procesas nėra dar gerai suprantamas“, - pasakė jis.