Зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии используют солнечный свет для преобразования энергии. Пигменты в хлорофилле поглощают электромагнитное излучение, которое вызывает химические реакции в электронах.
Эти реакции происходят в ядрах сложных белковых структур, которые специалисты называют фотосистемами I и II. Процессы, происходящие в этих фотосистемах, индуцируются катализаторами в определенном порядке. На первом этапе из воды выделяется кислород. Следующая реакция подготавливает производство углеводов, для которого не требуется дополнительный источник энергии.
Реакционные центры фотосистем окружены светопоглощающими пигментами, сгруппированными в консолидированные комплексы. Эти антенны увеличивают площадь, доступную для попадания световых лучей, и расширяют спектр используемых длин волн, что является предпосылкой для благоприятного энергетического баланса. Каждая активная зона реактора окружена примерно 30 антеннами. Эксперименты, проводимые учеными, еще далеки от воспроизведения сложности природы.
В общем, соотношение 1: 1 – лучшее, что может быть достигнуто: одна светопоглощающая молекула в сочетании с одним катализатором окисления воды.
Группа исследователей под руководством проф. Доктор.
Дирк Гулди и его бывший сотрудник доктор. Константин Дириан надеется произвести революцию в солнечной технологии, синтезируя модули, основанные на корреляции между структурой и функцией в фотосистеме II.
В недавно разработанных системах светопоглощающие кристаллы, такие как те, которые уже используются в светодиодах, транзисторах и солнечных элементах, наслоены в сеть гексагональных сот вокруг катализатора окисления воды с четырьмя атомами металлического рутения в центре. В упрощенном виде компактные, устойчивые блоки, состоящие из двух компонентов с общей длинной осью, напоминают цилиндрические батареи. В процессе самосборки такие «миниатюрные электростанции» создают двухмерные планки.
Подобно слоям в воротах, они образуют общий блок, который собирает энергию, полученную от солнечных лучей.
Это не совсем точное воспроизведение идеального расположения естественной фотосистемы, но принцип тот же. Пять макромолекул в форме сот, способных улавливать свет, создают оболочку вокруг каждой активной зоны реактора, и было показано, что эти небольшие электростанции эффективны и успешны в уборе солнечной энергии.
У них КПД более 40 процентов, потери минимальны. Также можно использовать длины волн из зеленой части цветового спектра, которую отражают растения.
Эти результаты исследований вселяют надежду на то, что солнечные технологии однажды смогут использовать солнечную энергию так же эффективно, как и природа.