Forskare från Institutet för mikrobiologi vid den kinesiska vetenskapsakademin har rapporterat ett nytt biofotovoltaiksystem (BPV) baserat på ett syntetiskt mikrobiellt konsortium med begränsat elektronflöde. Detta BPV-system kan fungera stabilt i mer än 40 dagar, sätter en ny milstolpe för BPV-livslängd, enligt en ny artikel i Naturkommunikation .

BPV är en framväxande teknologi som använder biologiska fotosyntetiska material (främst levande fotosyntetiska mikroorganismer) för att omvandla solenergi till elektricitet. BPV är mer miljövänligt och potentiellt mer kostnadseffektivt än halvledarbaserade solceller (PV), med tanke på PV-materialens toxicitet och svåråtervinningsbara natur.

Dock, effekttätheterna för BPV-system som hittills rapporterats har varit låga, eftersom fotosyntetiska mikroorganismer har en svag förmåga att överföra elektroner utanför celler. För att kringgå detta problem, forskare har skapat ett mikrobiellt konsortium av två arter.

Detta mikrobiella konsortium består av fotosyntetiska cyanobakterier och de exoelektrogena bakterierna Shewanella, med den senare inneboende stark exoelektrogen aktivitet. D-laktat valdes ut som energibärare ansvarig för riktad energiöverföring mellan cyanobakterier och Shewanella (Fig. 1).

I detta mikrobiella konsortium, cyanobakterier fångar solenergi och fixar CO ₂ att syntetisera D-laktat, medan Shewanella producerar elektricitet genom att oxidera D-laktat, vilket skapar ett begränsat elektronflöde från fotoner till D-laktat, sedan till el.

Genom genetisk manipulation, såväl som manipulering av odlingsmediet och enheten, de två mycket olika mikroorganismerna kan samarbeta effektivt. Detta BPV-system genererar en effekttäthet på 150 mW·m ^-2 i en temporal separationsuppsättning, vilket är ungefär en storleksordning större än mediatorlösa BPV-enheter med konventionella konfigurationer.

Forskarna visade vidare att detta BPV-system kan fungera stabilt i mer än 40 dagar vid en genomsnittlig effekttäthet på 135 mW·m ^-2 i en spatial-temporal separationsuppsättning med medelhög påfyllning. Detta representerar den största livslängden och uteffekten per enhet av alla BPV-system som rapporterats hittills.