3Dプリントされたナノ高層ビルがバクテリアの太陽光を電気に変換するのを助ける

3Dプリントされたナノ高層ビルがバクテリアの太陽光を電気に変換するのを助ける
出典: cnbeta

ケンブリッジ大学の研究者らは、3Dプリント技術を用いて、太陽を好むバクテリアが急速に増殖できる高層「ナノハウジング」の格子を作成した。研究者たちはその後、細菌が光合成中に残す廃棄電子を抽出し、小型電子機器の電源として利用することに成功した。

他の研究グループも光合成細菌からエネルギーを抽出しているが、ケンブリッジ大学の研究者らは、細菌に適切な住処を与えることで、抽出できるエネルギー量を1桁以上増やすことができることを発見した。このアプローチは、従来の再生可能なバイオエネルギー生成方法と競合し、現在の多くのバイオ燃料生成方法を上回る太陽光変換効率を達成しています。


ネイチャー・マテリアルズ誌に報告された研究結果は、バイオエネルギー生成の新たな道を切り開き、「バイオハイブリッド」太陽エネルギー源がゼロ炭素エネルギーミックスの重要な要素となる可能性があることを示唆している。シリコンベースの太陽電池やバイオ燃料などの現在の再生可能技術は、炭素排出量の点では化石燃料よりもはるかに優れていますが、採掘への依存、リサイクルの課題、農業や土地利用への依存など、生物多様性の喪失につながる限界もあります。

光合成細菌、またはシアノバクテリアは、地球上で最も豊富な生命体です。研究者たちは何年もの間、シアノバクテリアからエネルギーを抽出するために、シアノバクテリアの光合成機構を「再構築」しようと試みてきた。光合成システムから実際にどれだけのエネルギーを抽出できるかという点では、常にボトルネックがありましたが、そのボトルネックがどこにあるのか誰も理解していませんでした。現在、研究者たちは、実質的なボトルネックが実際には物質面にあることを発見しました。


シアノバクテリアが成長するには、夏の湖面のようなたくさんの日光が必要です。光合成によって生成されるエネルギーを抽出するには、バクテリアを電極に接続する必要があります。ケンブリッジの研究チームは、シアノバクテリアの光合成に合わせて調整された金属酸化物ナノ粒子からカスタム電極を3Dプリントした。電極は、小さな都市のように、高度に分岐し、密集した柱状の構造に印刷されます。

これらの電極は、多数の窓がある高層マンションのように、優れた光処理特性を備えています。シアノバクテリアは、付着して近隣の細菌とコミュニティを形成できる何かを必要とします。この電極は、ガラスの高層ビルのように、広い表面積と多くの光のバランスを実現します。自己組織化したシアノバクテリアが新しい「配線された」住処に入ると、研究者たちはそれがバイオ燃料など他の現在のバイオエネルギー技術よりも効率的であることを発見した。光合成からバイオエネルギーを生産する他の方法と比較すると、この技術では抽出されるエネルギーの量が一桁以上増加します。

ナノ、バクテリア、電池、電気

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