Fångar några strålar

Att utnyttja solens kraft är inget nytt. Människor har haft solcellsdrivna miniräknare och byggnader med solpaneler i decennier. Men växter är de verkliga experterna: De har använt solljus som energikälla i miljarder år.

Celler i växternas gröna blad arbetar som små fabriker för att omvandla solljus, koldioxid och vatten till socker och stärkelse – lagrad energi som växterna kan använda. Denna omvandlingsprocess kallas fotosyntes. Tyvärr, om du inte är en växt, är det svårt och dyrt att omvandla solljus till lagringsbar energi. Det är därför forskare tittar närmare på exakt hur växter gör det.

I en värld med ökar energibehovet, forskare letar alltid efter nya sätt att driva allt från bilar till datorer utan att belasta miljön mer. Det är ytterligare en anledning till varför forskare är så intresserade av solenergi – den förorenar inte luften, vattnet eller marken. Och eftersom solen lyser upp och värmer hela planeten, kan förmågan att utnyttja dess energi ge en ren energikälla för alla.

Fokus på bränsle

Det viktigaste energikällor som människor använder idag kallas fossila bränslen, som naturgas, olja och kol. Tyvärr är tillgången på fossila bränslen begränsad. När vi väl använder allt kol och olja på jorden är de borta för gott. Solen är å andra sidan en förnybar energikälla. Oavsett hur vi utnyttjar den för energi kommer solen att finnas kvar – åtminstone under de närmaste miljarderna åren.

Det finns ett annat problem med att bränna fossila bränslen – föroreningar. Framtidens idealiska energikällor kommer att vara “rena”: de kommer inte att producera koldioxid och andra gaser som förorenar miljön som fossila bränslen gör.

Väte är ett alternativ till fossila bränslen som intresserar många forskare idag. Väte brinner rent – ​​det producerar bara vatten, inte koldioxid. Forskare försöker komma på sätt att tillverka stora mängder väte billigt och rent, och ett sätt är att använda växter eller växtliknande organismer, såsom alger.

Sätta växter i arbete

Vissa forskare försöker få växter eller biologiska celler som fungerar som växter, för att fungera som fotosyntetiska miniatyrverk. Till exempel arbetar Maria Ghirardi från National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colo., med gröna alger. Hon försöker lura dem att producera väte istället för socker när de utför fotosyntes. När forskarna väl kan få algerna att fungera effektivt kan vätgasen som de producerar användas för att driva bränsleceller i bilar eller för att generera elektricitet.

Under fotosyntesen tillverkar växter normalt socker eller stärkelse. “Men under vissa förhållanden kan många alger använda solljusenergin inte för att lagra stärkelse, utan för att göra väte.” säger Ghirardi. Till exempel kommer alger att producera väte i en luftfri miljö. Det är syret i luften som hindrar alger från att göra väte för det mesta.

Att arbeta i en luftfri miljö är dock svårt. Det är inte ett praktiskt sätt att producera billig energi. Men Ghirardi och hennes kollegor har upptäckt att genom att ta bort en kemikalie som kallas sulfat från miljön som algerna växer i, kommer de att göra väte istället för socker, även när luft är närvarande.

Tyvärr tar man bort sulfat gör också att algernas celler arbetar väldigt långsamt, och det produceras inte mycket väte. Ändå ser forskarna detta som ett första steg i deras mål att effektivt producera väte från alger. Med mer arbete kan de kanske påskynda cellernas aktivitet och producera större mängder väte.

Forskarna hoppas att alger en dag ska bli en lättanvänd bränslekälla. Organismerna är billiga att få tag i och att föda, säger Ghirardi, och de kan växa nästan var som helst: ”Du kan odla dem i en reaktor, i en damm. Du kan odla dem i havet. Det finns mycket flexibilitet i hur du kan använda dessa organismer.”

Att göra solfångare från grunden

Andra forskare som är intresserade av alternativa bränslekällor fokuserar också på växter. Men dessa forskare vill återskapa vad växter gör utan att faktiskt använda dem.

Växter har molekyler som fångar och lagrar solenergi. Forskare vill skapa molekyler som efterliknar vad växtmolekyler gör.

Att hitta lösningar på våra energiproblem är en av vår tids stora vetenskapliga utmaningar, säger Nocera. Men det är utmaningen med de obesvarade frågorna som håller honom upphetsad över sitt arbete. “Det är som att vi måste måla en bild”, säger han. “I vissa fall har vi inte ens färgerna än.”

Gå djupare:

Ytterligare information

Frågor om artikeln

Word Find: Solar