バイオハイブリッド太陽電池

バイオハイブリッド太陽電池は、有機物（光化学系I）と無機物を組み合わせて作られる太陽電池です。バイオハイブリッド太陽電池は、ヴァンダービルト大学の研究チームによって開発されました。^{[ 1 ]}研究チームは、光化学系I（チラコイド膜に存在する光活性タンパク質複合体）を用いて光合成の自然なプロセスを再現し、太陽エネルギー変換効率を向上させました。このバイオハイブリッド太陽電池は、新しいタイプの再生可能エネルギーです。^{[ 2 ] [ 3 ]}

説明

多層構造の光化学系Iは光子エネルギーを集め、それを化学エネルギーに変換し、細胞を流れる電流を生成します。細胞自体は、他の太陽電池に見られる無機材料を多く含みますが、注入された光化学系I複合体は例外です。これらの複合体は金層に導入され、数日間かけて集積されます。数日後、光化学系Iは緑色の薄い膜として可視化されます。この薄い膜がエネルギー変換を助け、向上させます。しかしながら、このバイオハイブリッド細胞はまだ研究段階にあります。

研究

ヴァンダービルト大学の研究チームは、光合成研究の始まりとして、光化学系Iタンパク質に注目し始めました。このタンパク質が広く利用され、太陽光エネルギー変換において効率的であることに着目した後、様々な技術の導入と改良に着手しました。研究チームは、光化学系Iの原料としてホウレンソウを使用しました。チラコイド膜を分離した後、精製プロセスを経て光化学系Iをチラコイド膜から分離しました。その結果、従来の太陽電池と比較して、電流値が大幅に向上しました（1000倍）。研究チームは、バイオハイブリッド太陽電池の最初のプロトタイプを開発するため、学部生エンジニアを集めています。また、光化学系IIタンパク質複合体の2番目の設計も考案しました。

太陽光発電 vs バイオハイブリッド

従来の太陽光発電セルとバイオハイブリッド太陽電池を比較するのは困難です。どちらのシステムも、太陽光から捉えたエネルギーを電気に変換するという点では同じです。しかし、その方法は全く異なります。最終的な結果も異なります。太陽光発電セルは電流を生成しますが、バイオハイブリッドセルでは光合成が関与するため、バイオマスまたは化学燃料が生成されます。^{[ 4 ]}

デメリット

バイオハイブリッドセルの効率ははるかに高いものの、多くの欠点も抱えています。多くの場合、一部の太陽電池はバイオハイブリッド太陽電池よりも優れた点があります。例えば、従来の太陽電池は、現在バイオハイブリッドセルが達成しているよりも多くの電力を生産します。また、バイオハイブリッド太陽電池の寿命は非常に短く、数週間から9ヶ月程度です。現在の太陽電池は何年も動作可能ですが、バイオハイブリッド太陽電池の耐久性は課題となっています。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}

参考文献

1. 「ほうれん草のパワーが大幅に向上」。
2. Ciesielskia, Peter N.; Frederick M. Hijazib; Amanda M. Scott; Christopher J. Faulkner; Lisa Beard; Kevin Emmett; Sandra J. Rosenthal; David Cliffel; G. Kane Jennings (2010年5月). 「光化学系Iに基づくバイオハイブリッド光電気化学細胞」. Bioresource Technology . 101 (9): 3047– 3053. Bibcode : 2010BiTec.101.3047C . doi : 10.1016/j.biortech.2009.12.045 . PMID 20064713 . 
3. Yehezkeli, Omer; Ran Tel-Vered; Julian Wasserman; Alexander Trifonov; Dorit Michaeli; Rachel Nechushtai; Itamar Willner (2012年3月13日). 「Integrated Photosytem II-Based photoelectrochemical cells」 . Nature Communications . 3 : 742. doi : 10.1038/ncomms1741 . PMID 22415833 . 
4. ブランケンシップ, ロバート E. (2011年5月13日). 「光合成効率と太陽光発電効率の比較と改善の可能性の認識」 . Science . 332 ( 6031): 805– 809. Bibcode : 2011Sci...332..805B . doi : 10.1126/science.1200165 . PMID 21566184. S2CID 22798697 .  
5. ヴァンダービルト大学の研究チームが開発したバイオハイブリッド太陽電池
6. バイオハイブリッド太陽電池参考文献2