Onderzoekers van het Instituut voor Microbiologie van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een nieuw biofotovoltaïsch (BPV) systeem gerapporteerd op basis van een synthetisch microbieel consortium met een beperkte elektronenstroom. Dit BPV-systeem kan meer dan 40 dagen stabiel werken, het instellen van een nieuwe mijlpaal in de levensduur van BPV, volgens een recent artikel in Natuurcommunicatie .

BPV is een opkomende technologie die gebruik maakt van biologische fotosynthetische materialen (voornamelijk levende fotosynthetische micro-organismen) om zonne-energie om te zetten in elektriciteit. BPV is milieuvriendelijker en mogelijk kosteneffectiever dan op halfgeleiders gebaseerde fotovoltaïsche cellen (PV), gezien de toxiciteit en moeilijk te recyclen aard van PV-materialen.

Echter, de tot nu toe gerapporteerde vermogensdichtheden van BPV-systemen waren laag, aangezien fotosynthetische micro-organismen een zwak vermogen hebben om elektronen buiten cellen over te brengen. Om dit probleem te omzeilen, onderzoekers hebben een microbieel consortium met twee soorten gecreëerd.

Dit microbiële consortium bestaat uit fotosynthetische cyanobacteriën en de exo-elektrogene bacterie Shewanella, waarbij de laatste inherent sterke exo-elektrogene activiteit bezit. D-lactaat werd geselecteerd als de energiedrager die verantwoordelijk is voor gerichte energieoverdracht tussen cyanobacteriën en Shewanella (Fig. 1).

In dit microbiële consortium cyanobacteriën vangen zonne-energie op en leggen CO . vast ₂ om D-lactaat te synthetiseren, terwijl Shewanella elektriciteit produceert door D-lactaat te oxideren, waardoor een beperkte elektronenstroom van fotonen naar D-lactaat ontstaat, dan naar elektriciteit.

Door genetische manipulatie, evenals manipulatie van het groeimedium en het apparaat, de twee zeer verschillende micro-organismen kunnen effectief samenwerken. Dit BPV-systeem genereert een vermogensdichtheid van 150 mW·m ^-2 in een tijdelijke scheidingsopstelling, wat ongeveer een orde van grootte groter is dan BPV-apparaten zonder mediator met conventionele configuraties.

De onderzoekers toonden verder aan dat dit BPV-systeem meer dan 40 dagen stabiel kan werken bij een gemiddelde vermogensdichtheid van 135 mW·m ^-2 in een ruimtelijk-temporele scheidingsopstelling met medium suppletie. Dit vertegenwoordigt de grootste levensduur en vermogen per apparaat van alle tot nu toe gerapporteerde BPV-systemen.