Każdy liść to miniaturowa fabryka, w którym zachodzą najważniejsze procesy rośliny: fotosynteza, oddychanie i transpiracja. Liście mogą mieć różne kształty i rozmiary, ale generalnie łączy je budowa przystosowana do jednego z dwóch typów fotosyntezy: C3 i C4. Zdolność do przeprowadzania fotosyntezy wykazują wszystkie zielone części rośliny (gdy jest w nich chlorofil), ale aż 95 proc. związków produkowanych jest w liściach. Ma to sens, gdyż jest to organ ewolucyjnie przystosowany do przeprowadzania tego procesu.
Czytaj też: Energia z “niczego”. Tak naukowcy rzucili wyzwanie prawom fizyki
O liściach można by napisać osobny artykuł, ale nie lekcja biologii jest clue tego materiału. Włoscy naukowcy postanowili liście dodatkowo “ulepszyć” i opracowali system, który wbudowany w rośliny wytwarza energię elektryczną z kropel deszczu lub wiatru. Szczegóły opublikowano w IEEE Robotics and Automation Letters.
Sztuczne liście jakich jeszcze nie było
Na niezwykły pomysł wpadł zespół uczonych z Włoskiego Instytutu Technologii (IIT) w Genui pod kierunkiem dr Fabiana Medera. Opracowany system składa się z naturalnego liścia pokrytego warstwą elastomeru silikonowego (od spodu) przytwierdzonego do prawdziwej rośliny.
Kiedy liście poruszają się na wietrze, dwie powierzchnie dotykają się i ponownie rozdzielają, tworząc ładunki statyczne na kutykuli liścia rośliny i na naszym urządzeniu. Te ładunki są indukowane do wewnętrznej tkanki komórkowej rośliny, gdzie tworzą prąd. Możemy zbierać ten prąd za pomocą elektrody wprowadzonej do tkanki roślinnej. Dr Fabian Meder
Sam pomysł jest dość prosty, a jednocześnie wysoce efektywny. Podobne sztuczne liście wytwarzające prąd z energii wiatru tworzono już wcześniej, ale projekt uczonych z Genui jest pierwszym, który dodatkowo może zbierać energię z kropel deszczu. Jak to możliwe? Tutaj główną rolę gra FEP, czyli kopolimer fluorowy etylen/propylen umieszczony na górnej stronie liścia. Kiedy krople deszcze uderzają w tę warstwę łączą elektrody osadzone wewnątrz i na wierzchu sztucznego liścia, tworząc coś kondensator. Krople deszczu rozprzestrzeniają się po powierzchni i dochodzi do sprzężenia pojemnościowego między elektrodami – powstaje prąd.
Można się zastanawiać, czy cała ta gra jest warta świeczki? Uczeni osadzili swój system w liściach oleandra i ocenili jego zdolność do zbierania energii przy zmiennych ilościach opadów i wiatru. Pojedyncze krople wody tworzą szczytowe napięcie prądu o wartości ponad 40 V (woltów) i 15 µA (mikroamperów), co tym samym pozwala na zasilenie 11 diod LED.
Czytaj też: Panele słoneczne na torach kolejowych. Dlaczego nikt wcześniej na to nie wpadł?
Istniejące systemy sztucznych liści, które opierają się tylko na energii wiatru, tracą na wydajności, gdy ich powierzchnie stają się mokre. Nowe urządzenie jest w stanie poradzić sobie zarówno w warunkach suchych, jak i mokrych, a najlepszą skuteczność osiąga, gdy przy tym jest wietrznie. Nie ma wątpliwości, że wydajność energetyczną sztucznych liści da się jeszcze ulepszyć. Wniosek patentowy dla tej technologii został już złożony, chociaż nadal konieczne jest przeprowadzenie kilku badań przed zdefiniowaniem produktu końcowego.