Φωτοβολταϊκά από... φυτοπλαγκτόν

Τη δημιουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων που θα πολλαπλασιάζουν επί 3 την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια υπόσχονται μικροσκοπικοί θαλάσσιοι οργανισμοί οι οποίοι ακούν στο όνομα Διάτομα!


Μια ερώτηση σε τηλεπαιχνίδι, που σίγουρα θα προκαλούσε την «εκδίκηση της ξανθιάς», θα ήταν: «Τι είναι τα διάτομα;». Ο λόγος είναι ότι τα συγκεκριμένα μυστηριώδη πλάσματα δεν είναι διόλου διάσημα. Αν μάλιστα ο τυχών τηλεπαίκτης τυχόν γνώριζε και απαντούσε εύστοχα«Φυτοπλαγκτόν» , σίγουρα πολλοί θα έμεναν με το στόμα ανοιχτό.

Με το στόμα ανοιχτό φαίνεται ότι ζουν και τα διάτομα, εδώ και 100 εκατομμύρια χρόνια (από την εποχή των δεινοσαύρων) στις θάλασσες, τις λίμνες και τις λάσπες του πλανήτη μας.

Είναι μονοκύτταροι μικροοργανισμοί, που σπανίως και μετά βίας φθάνουν στο τεράστιο μέγεθος των δύο χιλιοστών και πολλαπλασιάζονται με κόψιμο σε δύο ίσα μέρη- εξ ου και το όνομά τους, από τη διάτμηση. Μέσα σε έναν μόλις μήνα μπορούν να παραχθούν 100 εκατομμύρια απόγονοι ενός διατόμου! Λογικά, εμείς οι ανέμελοι, θα συνεχίζαμε να πλατσουρίζουμε κάθε καλοκαίρι στα ακρογιάλια μας, χωρίς να μας νοιάζει το ότι μαζί μας κολυμπούν δισεκατομμύρια διάτομα. Ομως, οι πρόσφατες ανακαλύψεις των επιστημόνων που τα μελετούν επισταμένατων «διατομιστών»- θα μας κάνουν να τα βλέπουμε εφεξής με άλλο μάτι: Τα διάτομα θα φέρουν επανάσταση στην κατασκευή κοσμητικών ειδών, βαφών, υφασμάτων και... φωτοβολταϊκών στοιχείων! Τα υπέροχα διάτομα Αν κάνατε μια βουτιά με μεγεθυντικό φακό, θα βλέπατε στο θαλασσινό νερό να πάλλονται μιλιούνια μικροοργανισμών, που ιριδίζουν στο φως. Ο ιριδισμός αυτός- και η παραγόμενη ποικιλία πρόσκαιρων χρωμάτων τους - οφείλεται στο πορώδες πυριτικό κέλυφος των διατόμων. Το φως που φθάνει ως αυτό πέφτει κυριολεκτικά σε μια παγίδα φωτονίων: Τα φωτόνιά του μπαίνουν σε λαβυρίνθους, από όπου βγαίνουν «ξεμαλλιασμένα», υπό την εκάστοτε γωνία εξόδου βρουν. Ετσι προκύπτει ο αειφόρος ιριδισμός. Οι επιστήμονες άρχισαν να εξερευνούν τον κόσμο των διατόμων από το 1904, όταν ο γερμανός φυσιοδίφης Ερνστ Χέκελ (Εrnst Ηaeckel) δημοσίευσε την εργασία τουΚunstformen der Νatur(Μορφές τέχνης της φύσης). Σε αυτήν καταγράφονταν οι απίστευτες συμμετρίες στη δομή των σκελετών των διατόμων και η ανεξάντλητη ποικιλία τους. Το πώς ακριβώς χτιζόταν αυτή η συμμετρία και πώς πολλαπλασιάζονταν τα διάτομα το υπέθεσε με εξαιρετική ευστοχία ο Νταρσί Τόμσον (D΄Αrcy Τhompson), το 1920.

Από τότε και έως σήμερα 200 είδη ζώντων διατόμων έχουν εντοπισθεί και άλλα 100.000 εξαλειφθέντα είδη τους από τα βάθη των γεωλογικών αιώνων. Οι σκελετοί των νεκρών διατόμων που Δεν είναι συλλογή πολύτιμων λίθων. Είναι τα καταπληκτικά διάτομα, φωτογραφημένα με μικροσκόπιο Η μόνιμη επωδός των αρνητών της ηλιακής ενέργειας ήταν ότι η απόδοση των φωτοβολταϊκών ανά μονάδα επιφανείας ήταν μικρή. Τώρα τα δεδομένα αλλάζουν! στοιβάζονται στους βυθούς αποτελούν το καλύτερο «ρολόι» των επιστημόνων για να χρονολογούν τις γεωλογικές μεταβολές. Τα επιφωνήματα θαυμασμού των επιστημόνων, κάθε φορά που ανακάλυπταν μια νέα δομή διατόμου με ακόμη πιο απρόσμενο φάσμα διαθλώμενων χρωμάτων, έφτασαν γοργά ως τα εργαστήρια των βιομηχανιών.

Για χρόνια μελετούσαν περίσκεπτοι το πώς θα μπορούσαν να αναπαράξουν τεχνητά τις θαυμαστές τους ιδιότητες, ώστε να κατασκευάσουν καλλυντικά και ρούχα που θα ιρίδιζαν εξίσου θαυμαστά, ή να κατασκευάσουν ολογράμματα για τις πιστωτικές κάρτες. Τελικά, τον Οκτώβριο του 2007, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης και του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας της Βρετανίας βρήκαν μια... φυσική λύση: Τα διάτομα μπορούν να καλλιεργηθούν μαζικά! Αρκεί να πάρει κανείς μια χούφτα φυτοπλαγκτόν και να το βουτήξει σε ένα διάλυμα γεμάτο από ορμόνες και μεταλλικά στοιχεία, που ενισχύουν τη διαδικασία πολλαπλασιασμού μέσω διάτμησης και ανάπτυξης των διατόμων.

Ενέργεια Χ 3!
Η εξεύρεση αυτής της απλής μεθόδου αναπαραγωγής χτύπησε συναγερμό και σε έναν άλλο κλάδο επιστημόνων, εκείνον της οπτοηλεκτρονικής: Γνώριζαν ότι ο τρόπος που φιλτράρονται τα φωτόνια από το πυριτικό κέλυφος των διατόμων τα καθιστούσε τον πιο φυσικό και αποδοτικό «φωτονικό κρύσταλλο». Ειπωμένο με απλά λόγια, αυτό ισοδυναμεί με «ενισχυτή φωτός». Πώς όμως θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν τα μικροσκοπικά θαύματα της φύσης σε διατάξεις βιομηχανικής παραγωγής; Η απάντηση δόθηκε στις 28 Οκτωβρίου 2008, με τη δημοσίευση εργασίας των αμερικανικών πανεπιστημίων του Ορεγκον και του Πόρτλαντ, στο περιοδικό νανοτεχνολογίας «ΑCΜ Νano» (βλ. http://pubs. acs. org/doi/full/10.1021/nn800470x).

Οπως περιγράφουν εκεί οι συγγραφείς της, άπλωσαν μια ποσότητα «ευκαρυωτικής άλγης» (διατόμων) σε μια διαφανή και αγώγιμη γυάλινη επιφάνεια, με τρόπο ώστε οι πυριτικοί σκελετοί τους να απλωθούν σε διάταξη μήτρας. Εμπότισαν αυτό το «πλεχτό» με διαλυμένο τιτάνιο και πυρίτιο και απέκτησαν ένα λεπτό φιλμ ημιαγώγιμων νανοσωματιδίων. Οπως αποδείχτηκε από τα επακόλουθα πειράματά τους, αυτό το φιλμ αντιδρούσε στο προσπίπτον ηλιακό φως όπως ακριβώς και η μεμβράνη των γνωστών φωτοβολταϊκών στοιχείων: Μετέτρεπε τα φωτόνια των ηλιακών ακτίνων σε διοξείδιο του τιτανίου, παράγοντας ηλεκτρισμό.

Ομως, με μία τεράστια διαφορά: Ο «χορός των φωτονίων» μέσα στους πυριτικούς λαβύρινθους των διατόμωντριπλασίαζε την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια!

Οπως δήλωσε ο επικεφαλής των ερευνητών χημικός μηχανικός Γκρεγκ Ρόρερ (Greg Rorrer), θεωρητικά, το πώς ακριβώς επιτυγχάνεται ένα τέτοιο θαύμα δεν έχει αποσαφηνιστεί ακόμη πλήρως. Εχουμε όμως στα χέρια μας την πρώτη «βιομηχανική διαδικασία» παραγωγής μιας νέας γενιάς οργανικών φωτοβολταϊκών στοιχείων, που θα εξακοντίσουν την εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας σε πρώτη προτεραιότητα. Στο σημείο αυτό είναι χρήσιμο να θυμηθούμε όχι απλώς ότι η χώρα μας έχει κάθε λόγο να νοιαστεί για μια τέτοια εκμετάλλευση, αλλά και το ότι διαθέτουμε διεθνώς αναγνωρισμένους έλληνες ερευνητές στον τομέα των φωτονικών κρυστάλλων. Μήπως είναι καιρός για μιαστρατηγική επένδυση στον τομέακαι έναν ανάλογο προσανατολισμό των νέων μας; Σεμνά θέτουμε το ερώτημα, μήπως και το σκεφτούν κάποιοι από τους «πελαγωμένους» χαράκτες πολιτικής πριν φτάσουμε στις εισαγωγικές εξετάσεις των ΑΕΙ και τα «αμέριμνα μπάνια του λαού»... Ακόμη κι αν η δική μας παραίνεση κρίνεται άνευ αξίας, ας αναρωτηθούν γιατί το γερμανικό ομοσπονδιακό υπουργείο Παιδείας και Ερευνας ανακοίνωσε από κοινού με ενδιαφερόμενες βιομηχανίες, στις 13 Απριλίου 2009, ότι θα επενδύσουν 300 εκατ. ευρώ στην έρευνα οργανικών φωτοβολταϊκών, ώστε από το 2015 όλες οι στέγες, τα παράθυρα και οι προσόψεις των κτιρίων της Γερμανίας να αρχίσουν να καλύπτονται με τέτοιες μεμβράνες!

ΥΓ.:Οσοι φίλοι ενδιαφέρονται θα βρουν εξαιρετικές συλλογές δομών των διατόμων στις ιστοσελίδες http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/artfeb05/cbdiatoms.htmlorg.uk/mag/artfeb05/cbdiatoms.htmlκαι www.diatomloir.eu/SiteDiatom/Ιndex.html

πηγή:βήμα