3D打印的納米摩天大樓幫助細菌將陽光轉化為電能

劍橋大學的研究人員使用3D打印技術創建了高層 “納米住房”的網格,愛好陽光的細菌可以在其中快速生長。然後,研究人員能夠提取細菌在光合作用中留下的廢舊電子,這些廢舊電子可以用來為小型電子產品供電。

其他研究小組已經從光合細菌中提取了能量,但劍橋大學的研究人員發現,為它們提供合適的家,可以使它們提取的能量增加一個數量級以上。這種方法對傳統的可再生生物能源發電方法具有競爭力,並且已經達到了太陽能轉換效率,可以超過目前許多生物燃料發電方法。

3D打印的納米摩天大樓幫助細菌將陽光轉化為電能

他們的成果在《自然材料》雜誌上報道,為生物能源發電開闢了新的途徑,並表明”生物混合”的太陽能來源可以成為零碳能源組合中的一個重要組成部分。目前的可再生技術,如硅基太陽能電池和生物燃料,在碳排放方面遠遠優於化石燃料,但它們也有局限性,如對採礦的依賴,回收方面的挑戰,以及對耕作和土地使用的依賴,這導致生物多樣性的喪失。

光合細菌,或藍細菌,是地球上最豐富的生命形式。幾年來,研究人員一直在嘗試”重新連接”藍細菌的光合作用機制,以便從中提取能量。就你能從光合作用系統中實際提取多少能量而言,一直存在一個瓶頸,但沒有人明白這個瓶頸在哪裡。現在研究人員發現,一個實質性的瓶頸實際上是在物質方面。

3D打印的納米摩天大樓幫助細菌將陽光轉化為電能

為了生長,藍細菌需要大量的陽光,就像夏天的湖面。而為了提取它們通過光合作用產生的能量,這些細菌需要被連接到電極上。劍橋大學的研究小組用金屬氧化物納米顆粒3D打印了定製的電極,在藍藻進行光合作用時,這些電極被定製為與藍藻一起工作。這些電極被打印成高度分枝、密集的柱狀結構,就像一座小城市。

這些電極具有出色的光處理性能,就像一個有很多窗戶的高層公寓。藍細菌需要一些它們可以附着的東西,並與它們的鄰居形成一個社區。這項電極允許在大量的表面積和大量的光線之間取得平衡,就像一座玻璃摩天大樓。一旦自我組裝的藍藻在其新的”有線”家中,研究人員發現它們比目前的其他生物能源技術(如生物燃料)更有效率。與其他從光合作用中生產生物能源的方法相比,該技術將提取的能量增加了一個數量級以上。

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