Eesti noor teadus välismaal: kuidas vetikatega vihmametsas mobiiliakut laadida ({{commentsTotal}})

Vihmamets.
Vihmamets. Autor/allikas: Sille Holm

Mida teha, kui mobiiltelefoni aku on kohe tühi, asud ise keset vihmametsa ja lähim asustatud punkt on tuhande kilomeetri kaugusel? Kadi Liis Saar astus hiljuti koos Cambridge'i ülikooli kolleegidega sammu lähemale tulevikule, kus peitub lahenduse võti vetikatel põhinevas päikesepatareis.

Kõrvalprojektina alanud töö tulemusel sündinud päikeelement annab voolu välja viis korda rohkem, kui sarnased eelnevalt ehitatud seadmed. "Ühest küljest juhib mind teaduslik huvi selle vastu, kui palju me suudame elusorganismidest energiat kätte saada. Teisalt võivad olla neil mõnes kohas tõesti eelised," leidis Saar. Bioloogilised päikeseelemendid ei pea tavalisi päikesepatareisid seega välja sööma. Mõlemal võiks olla maailmas oma koht.

Mitte päris tavaline päikesepatarei
Kahinat tekitavaid tahke aga on biofotoelementidel mitu. Esiteks tegelevad neis päikesevalguse elektronideks muundamisega elusorganismid – vetikad. "Neil on võime salvestada energiat ka pimedaks ajaks. Kui üritad neid päikeseelemente öisel ajal tööl hoida, annavad nad välja samal määral elektrit kui valgel ajal, " selgitas keemiainsener. Nimelt talletatakse osa päeval ergastatud elektronidest süsinikuallikatena. Klassikaliste fotoelementide puhul oleks vaja päikesepaneeli juurde veel akut või mõnda muud energiasalvestit.

Kaugemale tulevikku vaadates võivad biofotoelemendid aidata kaasa päikeseenergeetika levikule laiemalt. "Me ei ole neid veel tööstuslikult tootnud. See võiks olla aga pooljuhtidel põhinevatest materjalidest lihtsam. Nende puhul on kõik väga täpseks aetud ja valmis mõõdetud. Mitte et võtan lihtsalt siin vihmametsas natuke fotosünteesivat taime ja vaatan, kas saan telefoni täis laetud," laiendas Saar. Pole võimatu, et ühel hetkel saavad tsivilisatsioonist kaugel elavad kogukonnad valmistada selliseid päikesepatareisid suures osas ise.

Tõsi, sinna on veel pikk tee käia. Ajakirjas Nature Energy esitletud päikeseelement annab ühe ruutmeetri kohta voolu välja 0,5 vatise pirni käitamiseks. Praeguste argikasutuses olevatel päikeseelementide vastav näitaja on suurusjärgu võrra parem. Laboris leiduvate prototüüpidega on kontrast kohati veelgi suurem. Ent nagu tõestab Saare ja tema kaaslaste töö – innovatsioon võib tulla ootamatutest paikadest.

Kuidas see kõik sündis?
Osaliselt saab kanda uue päikeseelemendi kõrgema tõhususe selles elavate vetikate arvele. Neid on geneetiliselt veidi muundatud. Vabas looduses elavate bakteritega saavutatud tulemus oli eelnevast rekordihoidjast "vaid" kolm korda parem. Märksa tähtsamat rolli mängis elektronide tekitamise ja nende kasulikuks elektrivooluks muundamiseks kasutatava keskkonna lahkulöömine.

"See on minu jaoks siiamaani kõige suurem üllatus, miks inimesed polnud proovinud seda varem teha. Võib-olla mõtlesid nad liiga palju mikroobsetele kütuseelementidele," mõtiskles Saar. Nimele vastavalt muundavad neis süsinikuühendites peituvat keemilise energia elektriks bakterid. Tekkiv elektronidevoog juhitakse seejärel katoodile. Soovitatavalt peaks elama mikroob selleks otse elektroodi peal.

Nüüd esitletavas süsteemis lõigatakse fotosünteesi läbi tekkivatest elektronidest kasu teises kambris, kui kasvavad bakterid. See avab võimaluse päikeseelemendi mõlema osa eraldi kavandamiseks ja neis toimuvate protsesside optimeerimiseks.

"Võib-olla oli see täpselt minu keemiainseneri taust. Sa oledki harjunud võtma suure keemiatehase ja vaatad järjest, kus on süsteemi kõige nõrgem lüli," sõnas Saar. Ilmunud töös arutletakse lahenduse veel paremaks muutmise üle umbes 20 real.

Samas on ka tegu suurepärase näitega, kuidas võib kiiresti arenevatest valdkondadest olla kasu ootamatutes paikades. Saar töötab laboris, mille üheks peamiseks uurimisteemaks on mikrovedelikundus. Väga väikestes kanalites käitub vesi teistmoodi kui kõigile tuttavas makromaailmas – vedelike vahel ei toimu segunemist. See lihtsustab erinevate molekulide analüüsi.

"Minu jaoks oli väga huvitav, et just seesama tehnoloogia leidis nii kenasti rakendust hoopis teistsuguse probleemi uurimiseks, nagu on seda päikeseelemendid. Valmivat väitekirja kaugelt vaadates võib tekkida küsimus, kuidas bioloogilised päikeseelemendid mu muude uurimisvaldkondadega seotud on, aga võimaldavad metodoloogiad on kõikidel juhtudel sarnased. Lihtsalt rakendused on erinevad!" leidis Saar.



Paljud doktorandid veedavad suure osa oma õpingutest laboris.

Kriitiline uuring: mis tööd teevad doktorikraadiga inimesed?

Tartu ülikooli majandusteaduskonna teadlaste uuringust tuleb välja, et doktorikraadi kaitsnutel on raskusi soovitud erialase töö leidmisega. Veel enam, ligi 1 protsent kõikidest uuringus osalenud doktoritest on töötud. Kas Eestis on potentsiaali igal aastal kraadi kaitsva umbes 200 doktori rakendamiseks?

eesti 100. sünnipäev
ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: