Nuo lapų iki saulės elementų: biomimetiniai tvarios energijos sprendimai
Skubus poreikis tvarioms ir ekologiškoms energijos konvertavimo technologijoms nuolat auga, pasauliui ieškant veiksmingų sprendimų kovojant su aplinkosaugos iššūkiais ir siekiant nulinio emisijų lygio iki 2050 metų. Gamta, ypač augalai, siūlo itin efektyvų modelį saulės energijos surinkimui, anglies dioksido sugėrimui ir konvertavimui bei greitam elektrolitų transportavimui per jų biologines struktūras. Šie natūralūs procesai įkvėpė mokslininkus kurti medžiagas ir įrenginius, kurie atkartoja augalų audinių ir ląstelių struktūrines ir funkcines savybes. Augalų įkvėptos medžiagos sėkmingai integruotos į įvairias tvarių energijos technologijų sritis. Pavyzdžiui, saulės energijos srityje, bioįkvėptos medžiagos prisidėjo prie saulės elementų ir fotovoltinių įrenginių pažangos, žymiai pagerindamos jų gebėjimą sugerti saulės šviesą ir efektyviau ją paversti elektra. Imituodamos natūralios fotosintezės ir transporto sistemų efektyvumą, šios technologijos atveria kelią veiksmingesniems ir draugiškesniems aplinkai energijos sprendimams. Tyrinėjant fotosintezės procesą augaluose, buvo sukurti fotokatalitiniai įrenginiai, galintys paversti sugautą CO2 į biokurą, tokį kaip etanolis, krakmolas ir kiti vandenilio karbonato degalai, veikiant saulės šviesai. Skirtingai nuo tiesioginio saulės energijos surinkimo ir konvertavimo procesų, augalų įkvėpta energijos generacija buvo išskirtinai integruota su kinetine ir mechanine energija. Augalų įkvėpti hidroįtampos įrenginiai paverčia vandens difuzijos energiją elektra, pasitelkdami augalų vandens difuzijos gradiento efektą. Įkvėpti nanofluido transporto savybių ir selektyvių ląstelių struktūrų, buvo sukurta bioįkvėptų medžiagų pažangioms energijos kaupimo priemonėms, tokioms kaip baterijos ir superkondensatoriai, pritaikytoms realioms situacijoms. Pavyzdžiui, kietojo kūno elektrolituose, kuriuose buvo įterptos natūralios bambuko celiuliozės nanoplaušeliai, pastebėtas padidėjęs jonų laidumas ir vandens sulaikymas, kas pagerino lanksčios Zn-oro baterijos elektrocheminį veikimą (Du ir kt., 2024). Augalų tipo baterija (FlowER: garavimo srauto redoksas) su pailgintu tarnavimo laiku buvo ekologiškai sukurta belaidžių jutiklių tinklams maitinti, siekiant didesnio tikslumo žemės ūkyje (Navarro-Segarra, 2022). Panašūs augalų įkvėpti dizainai taip pat buvo pritaikyti kitoms aktyvių metalų baterijoms, įskaitant cinko jonų baterijas (Zhang ir kt., 2024; Dong ir kt., 2023). Siekdami parodyti, kaip bioįkvėpimas atveria kelią tolesniam tvarių energijos technologijų našumo didinimui, augalų įkvėptas medžiagas suskirstome pagal besiformuojančių technologijų tipus.