Бактериальные чернила помогли напечатать солнечные батареи на бумаге
Исследователи научились печатать на струйном принтере солнечные панели, в которых активным элементом являются бактерии, расщепляющие воду за счет фотосинтеза. Для создания таких панелей можно использовать коммерчески доступные струйные принтеры, а в качестве подложки подходит бумага, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.
Солнечная энергетика уже рассматривается не в качестве перспективной технологии, а как полноценный способ добычи электроэнергии. По итогам 2016 года темпы развития солнечных электростанций даже обошли темпы развития угольных. Но, несмотря на большие успехи, солнечная энергетика пока еще обладает и множеством проблем. Производство солнечных панелей требует применения сложных технологических процессов и дорогих материалов, а в некоторых случаях и дорогостоящей утилизации после использования.
Помимо панелей на основе искусственных материалов ученые работают и в области биофотовольтаики. В качестве источника электрического тока такие устройства используют бактерии. Эти бактерии под действием света расщепляют молекулы воды на молекулярный кислород, ион водорода и электрон, попадающий в электрическую цепь через анод. На катоде происходит обратная реакция, и ион водорода, прошедший через протонную мембрану, объединяется в кислородом и электродом с катода в молекулу воды. Несмотря на то, что в этой области уже есть немало работающих прототипов, процесс производства таких солнечных панелей пока еще довольно сложен.
Исследователи под руководством Питера Никсона (Peter Nixon) из Имперского колледжа Лондона создали новую технологию, позволяющую упростить процесс создания биофотовольтаических панелей и сделать его масштабируемым. Для этого они решили использовать печать на обычных струйных принтерах. Ученые разработали два вида чернил: один состоял из цианобактерий рода Synechocystis, второй из многостенных углеродных нанотрубок. Этими чернилами ученые напечатали на бумаге биофотовольтаическую ячейку классического типа. Электроды были напечатаны чернилами из нанотрубок, а рабочая зона - бактериями в специальной среде. Сверху ячейка накрывалась гидрогелем, который служил как соединителем анода и катода, так и источником воды и необходимых веществ для бактерий.
Таким методом исследователи напечатали несколько прототипов солнечных панелей. Объединив девять ячеек в единую схему они смогли запитать простые часы с жидкокристаллическим экраном и светодиод. Ученые считают, что, несмотря на сильно ограниченный по времени ресурс бактерий, они имеют и преимущества перед обычными солнечными панелями, поскольку могут вырабатывать ток даже в отсутствии света.
Недавно две другие группы исследователей представили технологии печати электронных устройств с помощью струйного принтера. Одна группа научилась печатать таким методом базовые полупроводниковые приборы, например, транзисторы, а другая создала с помощью принтера гибкие механические сенсоры растяжения.
Григорий Копиев
В прошедшем году 38 процентов электроэнергии в Евросоюзе было получено из возобновляемых источников, сообщается в совместном докладе центров по изучению энергетики и климата Ember (Великобритания) и Agora Energiewende (Германия). Это больше, чем доля электроэнергии, полученной сжиганием газа и угля (37 процентов) и с помощью атомных электростанций (25 процентов). Таким образом, возобновляемая энергетика впервые в истории стала главным источником электричества в Евросоюзе. В конце 2020 года на заседании Европейской Комиссии было принято новое соглашение — к 2030 году уменьшить выбросы углекислого газа на 55 процентов по сравнению с уровнем 1990 года. Эти обязательства жестче, чем предыдущие, принятые в 2014 году — тогда планировалось уменьшить выбросы всего на 40 процентов к тому же сроку. Чтобы выполнить обязательства, страны Евросоюза постепенно отказываются от газовых и угольных электростанций и активно развивают возобновляемую энергетику. Минувший год был для европейской энергетики необычным из-за пандемии ковида, однако ее влияние в итоге оказалось слабее, чем можно было ожидать. Общее потребления электричества в Европе упало всего на 4 процента — на пике карантина в апреле и мае наблюдалось падение на 13 процентов, но уже к началу зимы потребление вернулось к уровню 2019 года. Развитие возобновляемой энергетики в Европе тоже продолжилось, несмотря на пандемию: в 2020 году были введены в эксплуатацию новые солнечные и ветряные электростанции, и выработка электричества суммарно увеличилась на 51 тераватт-час. В результате ветроэнергетика сейчас обеспечивает 14 процентов производства электричества в Европе, а солнечная энергетика — 5 процентов. Еще 6 процентов европейцы получают сжиганием биотоплива, и 13 процентов от гидроэлектростанций. Суммарный вклад всех четырех направлений возобновляемой энергетики в 2020 году увеличился с 34 до 38 процентов. Самыми экологичными оказались австрийцы: они обеспечивают 79 процентов своего потребления электричества с помощью возобновляемых источников. На втором месте Дания (78 процентов), на третьем — Швеция (68 процентов). Среди «отстающих» — Болгария (19 процентов), Польша (17 процентов) и Чехия (12 процентов).