Риба, нове джерело електричної енергії - Creos News
Водні хребетні тварини з плавниками та зябрами, що населяють річки, потоки, моря та океани, вважаються більш ніж джерелом їжі. Їх також можна використовувати як реальні генератори енергії. Два індійські фізики продемонстрували, що 4 ваги, виготовлені з рибних відходів, зможуть запалити більше 50 світлодіодів. В Японії та США вчених надихнув електричний вугор та торпедна риба для створення струму. Чи енергії майбутнього будуть частково іхтіологічного походження? ?
Ваги, перетворені на наногенератори
Донедавна створення електричних генераторів з біологічних енергій вимагало дуже дорогих і не завжди ефективних процесів. У 2016 році Суджой Кумар Гош і Діпанкар Мандал з університету Джадавпур в Калькутті (Індія) виявили природний і недорогий процес: риб'яча луска! Вони містять мільйони волокон колагену, білка, що складається з ланцюгів електрично заряджених живих кислот, які заплутуються і реагують на вібрації. Отримавши ці нановолокна, вони мають п’єзоелектричні властивості: вони виробляють електричний струм при деформації під дією шуму, вітру чи руху.
По-перше, двоє дослідників демінералізовані за допомогою розчинників катла-луска - індійський еквівалент коропа - зібраних у підготовчому цеху, щоб зробити їх прозорими і, таким чином, посилити електроенергію, що виробляється під тиском на колагенові волокна. Потім вони використовували енергію, вироблену шляхом нанесення на кожну сторону ваги невеликих золотих електродів, покритих поліпропіленом. Згідно з їх вимірами, шкала може випромінювати до 4 вольт і забезпечувати потік 1,5 мікро-ампер (мА). Складені послідовно, 4 шкали видають напругу 14 В. Навіть якщо вони все ще перебувають на стадії експерименту, ці біосумісні наногенератори можуть бути корисними в медичній галузі. Вони пропонують можливість заряджати електронні пристрої, що імплантуються в організм, такі як кардіостимулятори. Крім того, оскільки колаген присутній у всьому живому, немає ризику його відторгнення.
Вугор електричний ...
Електричні вугри, прісноводні риби з Південної Америки, здатні видавати розряди в діапазоні від 50 мілівольт до 860 вольт. Лише один із них може паралізувати коня або навіть вбити людину. Це явище пояснюється наявністю в організмі цих риб електроцитів. Ці довгі і тонкі клітини, розташовані послідовно, генерують електричний струм, передаючи позитивні та негативні іони між внутрішнім і зовнішнім середовищами. Коли тварина викликає шок, нервовий подразник наказує відкрити мембранні канали: позитивно заряджені іони натрію потрапляють з одного боку клітини, тоді як негативно заряджені іони калію викидаються у позаклітинне середовище. Ці напруги зростають із збільшенням кількості клітин, розташованих послідовно, що дозволяє вугру досягти кількох сотень вольт.
У 2017 році американо-швейцарська команда спробувала відтворити цю особливість природи, створивши батарею на основі гідрогелів, що складається з тисяч маленьких відділень, що виробляють електроенергію, як стільки електроцитів. Принцип заснований на зворотному електродіалізі, який полягає у створенні іонних струмів між відсіком солоної води та струмом прісної води, розділеної мембраною, переважно пропускаючи негативні або позитивні іони від солоної води до чистої води. Як і у вугрів, ці невеликі відсіки знаходяться у великій кількості, щоб отримати значний кінцевий струм.
Однак, хоча і обнадійливо, результати все ще далекі від того, щоб досягти можливостей вугра. Крім того, на відміну від тварини, якій для "підзарядки батарей" потрібна лише їжа, прототип все ще вимагає зовнішнього джерела живлення, як звичайний акумулятор.
... торпедна риба
В Японії вчені з Інституту Рікен розглянули ще одну потужну рибу - торпеду, найбільша з яких, чорна торпеда, може спричинити ураження електричним струмом від 60 до 230 вольт понад 30 ампер. Цю хрящову рибу, яку також називають електричним променем або торпедою, здатна перетворювати хімічну енергію, що зберігається у формі АТФ (аденозинтрифосфату), в електричну енергію завдяки органу, що складається з електроцитів. Дослідницька група вилучила орган, хімічно стимулювала його ін’єкцією нейромедіатора (ацетилхоліну) і зуміла розрядити його електрику. Таким чином, він отримував до 1,5 В при 0,64 мА постійного струму більше хвилини.
Японські дослідники змогли відтворити генерацію струму, підтримуючи функціонування органу протягом доби. Їм навіть вдалося виробляти і зберігати напругу 1,5 В для інтенсивності 0,25 мА. Звичайно, це не багато - достатньо, щоб запалити діод, - але вчені сподіваються в майбутньому розробити високопродуктивні генератори, що працюють на АТФ і здатні штучно відтворювати торпедний процес.