Zelfreparerende zonnecellen

Share Button

Na de komst van zelfhelend beton zijn er nu ook zelfreparerende zonnecellen. Steeds meer materialen en apparaten worden zo ontworpen dat ze in staat zijn net als een levend wezen kleine beschadigingen zelf te repareren. Is dit een nieuwe evolutionaire stap? Hoeven we straks niet meer naar de garage of reparateur als er schade optreedt in apparaten?

Hoe werken de zelfreparerende zonnecellen?
Om ons heen zijn er al miljarden jaren zelfreparerende zonnecellen: algen.

Zo werkt de biologische zonnecel. Door licht (hv) worden elektronen opgepompt en geven hun energie in stapjes af.

Zo werkt de biologische zonnecel. Door licht (hv) worden elektronen opgepompt en geven hun energie in stapjes af.

Voortdurend worden de bladgroenpigmenten en eiwitten waarmee planten licht, water en kooldioxide omzetten in suiker en zuurstof afgebroken. Algen moeten dus voortdurend deze moleculen vervangen, anders gaan ze ten gronde.

Planten, zoals algen, moeten vrijwel alle chemicaliën de ze nodig hebben om in leven te  blijven zelf maken. Eiwitten worden gemaakt door ribosomen, kluitjes RNA, die een kopie van het DNA aflezen en vertalen in eiwit. Chlorofyl, het pigment dat licht opvangt, wordt gemaakt door enzymen: eiwitten met een specifieke taak. Algen doen dit voortdurend en met veel succes: er is in de zomer (in de tropen het hele jaar door) maar een gebied zo groot als een studentenkamer nodig om dagelijks drieduizend calorie aan eetbaar materiaal op te leveren (de dagelijkse behoefte van een volwassen man die zwaar lichamelijk werk doet).

Onderzoeker Jong Hyun Choi en zijn team van de Purdue universiteit doen onderzoek naar foto-elektrochemische cellen, cellen dus die licht door middel van een chemisch proces in elektriciteit omzetten.

De pigmenten (groen) hangen aan de rode oligonucleotiden (stukjes DNA) en vangen licht op, dat wordt omgezet in actieve elektronen (e-) die via het nanobuisje (zwart) elektriciteit leveren.

De pigmenten (groen) hangen aan de rode oligonucleotiden (stukjes DNA) en vangen licht op, dat wordt omgezet in actieve elektronen (e-) die via het nanobuisje (zwart) elektriciteit leveren.

In Choi’s zonnecellen vangen chromoforen (kleurstoffen die ongeveer net zo werken als chlorofyl) het zonlicht op en dragen het in de vorm van aangeslagen elektronen over aan koolstof nanobuisjes. De elektrische stroom die zo ontstaat wordt geoogst.

Het vervelende is dat chromoforen snel uit elkaar vallen onder invloed van zonlicht. Choi en zijn team hebben nu een nieuwe techniek ontwikkeld om chromoforen op natuurlijke wijze te repareren. Aan de koolstofnanobuisjes zijn korte stukken DNA gehecht waar de chromoforen zich aan hechten.

Zodra een chromofoor is beschadigd, laat deze los omdat de korte stukjes DNA (oligonucleotiden, in vakjargon)  zeer selectief zijn. Door een voortdurende vloeistofstroom worden zo de beschadigde chromoforen afgevoerd en vervangen door nieuwe. Het vervelende is dat de chromoforen waarmee Choi experimenteert van biologische oorsprong zijn en dus duur. Op dit moment doet zijn team onderzoek naar andere, ook synthetisch te produceren kleurstoffen.

Mogelijk zullen er in de verdere toekomst kunstmatige cellen worden ontwikkeld die in staat zijn het complete materiaal te regenereren. We kennen schelpdieren die in staat zijn om een schelp te produceren door het uitscheiden van kalk. Zouden er in de toekomst ook kunstmatige levensvormen kunnen worden ontwikkeld die dingen als huizen, wegen of rioolbuizen kunnen produceren en onderhouden?

Bronnen
New Solar Cell Self-Repairs Like Natural Plant Systems, ScienceDaily
Biomimetic light-harvesting optical nanomaterials, SPIE

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

3 reacties

  1. Barry schreef:

    Deze chromoforen zijn dus ideaal om mijn denkbeeldige bussen mee vol te plakken, dan hoef je niet alleen maar zonnecellen op het dak te leggen, je zou ze dus ook aan de zijkant van een bus kunnen hangen. Als een fietser dan een zonnecel beschadigd met een trapper van zijn fiets kan die zonnecel zichzelf repareren. De toekomst van het gratis rijden komt hiermee dus ook dichterbij. Als je de zijkant van een bus volhangt met gewone zonnecellen en je beschadigd ze dan kan je rustig stellen dat een peperdure plaat zonnecellen ook echt kapot is.

  2. Barry schreef:

    Zijn deze chromoforen ook te verwerken in zonnecellen in folievorm? (ik had het in mijn vorige reactie niet zonder reden over plakken)

    • Germen schreef:

      Lastig, je moet immers een soort bloedsomloop hebben om de beschadigde chromoforen te kunnen vervangen.maar misscheind at er in de toekomst een systeem komt om beschadigde chromoforen zichzelf in situ te laten repareren.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger