Poleg elektrode na sistema BPV vplivajo različni parametri, med katerimi biotične, abiotične, substrati, dovajanje CO2 in O2 v sistem, pH, temperatura in osvetlitev sistema.
V raziskavi Lai in sod. (2021) predstavljajo razvito in optimizirano novo platformo BPV v tehničnem merilu (~ 250 ml delovne prostornine) z opredeljenimi in nadzorovanimi obratovalnimi parametri. Ugotovljeni so bili dejavniki, ki motijo reproducirane in stabilne izhodne signale toka. Ugotovili so, da je klasični medij BG11, ki se uporablja za gojenje cianobakterij in tudi v številnih študijah BPV, povzročil hude motnje v bioelektrokemičnih poskusih. Optimiziran medij nBG11 zagotavlja nizek a stabilen tok v reaktorju BPV, ne glede na prisotnost svetlobe in/ali mediatorjev. Kot dokaz ustreznosti sistema je bil v 12 dneh z živo
Kulebanova M. Biofotovoltaika kot zelene elektrarne prihodnosti.
Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, 2021
16
Synechocystis sp. prikazan zelo visok dolgoročni svetlobno odvisen tok. Največji doseženi tok je bil nad 20 µA ( Lai in sod., 2021).
5 ZAKLJUČEK
Raziskave biofotovoltaike so še v začetni fazi razvoja. To je glavni razlog, da trenutno še ne moremo uspešno uporabljati biofotovoltaike kot vir energije in celostno zamenjati fosilnega goriva. Veliko do sedaj izvedenih raziskav je neprimerljivih, saj manjkajo statistični podatki.
Doslej opisani tokovi so za razred manjši od tradicionalnih mikrobnih gorivnih celic. Potrebno bo znatno povečanje tokov, da bo prihodnja uporaba takšnih sistemov smiselna. Obstajajo pa spodbudne študije, ki postavljajo osnovo za raziskave BPV in ustvarjajo zelo pomembna temeljna vprašanja o prenosu elektronov, ki jih je mogoče preučiti v BPV.
Biofotovoltaika velja za cenejšo alternativo solarnim sistemom.
Temeljno razumevanje in ciljno optimiziranje mikrobov bi lahko pomagalo doseči večjo izhodno moč. Vpliv heterogenosti svetlobe in temperature bosta v naslednjih letih pomembni raziskovalni vprašanji. Možne rešitve v prihodnosti bi lahko vključevale pristope sintetične biologije za izboljšanje učinkovitosti prenosa elektronov, na primer uvedbo alternativnih poti prenosa elektronov. Vsekakor bodo potrebne raziskave na področju membran, elektrod, medijev in arhitekture.
Ciljna optimizacija parametrov pa bo zahtevala bolj standardizirano poročanje podatkov in temeljno razumevanje celične fiziologije v sistemih BPV z uporabo pristopov sistemske biologije.
Znanstveniki bodo v prihodnjih letih aktivno raziskovali osnove BPV in skušali priti do sistemov uporabnih za ekonomsko upravičeno proizvodnjo energije. Vsekakor bi praktična uporaba BPV prispevala k blaženju klimatskih sprememb, znižanju CO2 emisij in bolj trajnostni uporabi energije.
6 VIRI
Barber J. 2009. Photosynthetic energy conversion: natural and artificial. Chemical Society Reviews, 38, 1: 185-196
Barber J., Tran P. D. 2013. From natural to artificial photosynthesis. Journal of The Royal Society Interface, 10, 81: 20120984, doi: 0.1098/rsif.2012.0984: 16 str.
Blankenship R. E. 2010. Early evolution of photosynthesis. Plant Physiology, 154, 2: 434-438 Chandra R., Castillo-Zacarias C., Mancera-Andrade E. I., Mohan S. V., Parra-Saldívar R.
2019. Fundamentals of biophotovoltaics for conversion of solar energy to bioelectricity.V:
Biomass, biofuels and biochemicals, microbial electrochemical technology. 1st ed. Mohan V., Varjani S., Pandey A. (ur.). New Delhi, Elsevier: 503-523
Chen X., Wey L., Lawrence J., Howe C., Kar-Narayan S., Zhang J. 2020. Aerosol jet printed micropillar electrodes for biophotovoltaics. University of Cambridge, Cambridge Trust
Kulebanova M. Biofotovoltaika kot zelene elektrarne prihodnosti.
Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, 2021
17
(LTW), The Biotechnology and Biological Sciences Research Council.
https://www.nanoge.org/proceedings/Biohybrid/5f93491d6329f4157f4f1067 (20.8.2021) Driver A., Bombelli P. 2011. Biophotovoltaics: Energy from algae. Catalyst, 4: 13-15
https://www.stem.org.uk/system/files/elibrary-resources/legacy_files_migrated/9579-catalyst_21_4_487.pdf (20.8.2021)
International Energy Agency (IEA). 2021. Analyst, Data.
https://www.iea.org/topics/energy-efficiency (20. avg. 2021)
Joseph A. M., Ramalingam S., Selvaraj P., Rani K., Ramaraju K., Sathaiah G., Ramaraju K., Gunaseelan S., Balasubramaniem A., Perumal V. 2019. Biophotovoltaics: Molecular Mechanisms and Applications. V: Bioelectrochemical Interface Engineering. Wiley Online Library: 117–136
Juhari A. N., Sharan M. S., Daud W. R. W., Jafary T., Bakar M. H. A. 2020. UKM2 Chlorella sp. strain electricity performance as bio-anode under different light wavelength in a
biophotovoltaic cell. Sains Malaysiana, 49, 12: 3229 – 3241
McGlade C., Ekins P. 2015. The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2 C. Nature, 517, 7533: 187-190
Ng F. L., Phang S. M., Lan B. L., Kalavally V., Thong C. H., Chong K. T., Periasamy V., Chandrasekaran K., Gnana kumar G., Yunus K., Fisher A. C. 2020. Optimised spectral effects of programmable LED arrays (PLA)s on bioelectricity generation from algal-biophotovoltaic devices. Scientific Reports, 10, 1: 1-13
Ng F. L., Phang S. M., Iwamoto M., Manaka T., Thong C. H., Shimosawa K., Periasamy V., Gnana Kumar G., Yunus K., Fisher A. C., 2020. Algal Biophotovoltaic Devices: Surface Potential Studies. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 8, 28: 10511-10520 Okedi T. I. 2021. Biophotovoltaics: harnessing photosynthesis for electricity generation.
Electrochemical and Microengeenering Group, SEB Cambridge, https://www.youtube.com/watch?v=K_eK_cu38rQ (5.8.2021)
Rowden S. J. L., Bombelli P., Howe C. J. 2018. Biophotovoltaics: design and study of bioelectrochemical systems for biotechnological applications and metabolic investigation.
V: Photosynthesis. 1st ed. New York, Humana Press: 335–346
Saar K. L., Bombelli P., Lea-Smith D. J., Call T., Aro E. M., Müller T., Howe C. J., Knowles T. P. J. 2018. Enhancing power density of biophotovoltaics by decoupling storage and power delivery. Nature Energy, 3, 1: 75-81
Schleussner C. F., Rogelj J., Schaeffer M., Lissner T., Licker R., Fischer E. M., Hare W.
2016. Science and policy characteristics of the Paris agreement temperature goal. Nature Climate Change, 6, 9: 827-835
Teodor A. H., Bruce B. D. 2020. Putting photosystem I to work: truly green energy. Trends in Biotechnology, 38, 12: 1329-1342
Thong C. H., Priyanga N., Ng F. L., Pappathi M., Periasamy V., Phang S. M., Gnana Kumar G. 2021. Metal organic frameworks (MOFs) as potential anode materials for improving power generation from algal biophotovoltaic (BPV) platforms. Catalysis Today, in press, doi: 10.1016/j.cattod.2021.07.020: 9 str.
Kulebanova M. Biofotovoltaika kot zelene elektrarne prihodnosti.
Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Študij biotehnologije, 2021
18
Thong C. H., Phang S. M., Ng F. L. 2019. Effect of different irradiance levels on
bioelectricity generation from algal biophotovoltaic (BPV) devices. Energy Science and Engineering, 7, 5: 2086-2097
Tschörtner J., Lai B., Krömer J. O. 2019. Biophotovoltaics: green power generation from sunlight and water. Frontiers in Microbiology, 10: 866, doi: 10.3389/fmicb.2019.00866: 19 str.
Wey L. T., Bombelli P., Chen X., Lawrence J. M., Rabideau C. M., Rowden S. J. L., Zhang J.
Z., Howe C. J. 2019. The development of biophotovoltaic systems for power generation and biological analysis. ChemElectroChem, 6, 2: 5375, doi: 10.1002/celc.201900997: 12 str.
Yadav A., Nair R. S. 2021. Biophotovoltaics for energy generation. V: 2021 International Conference on Computational Intelligence and Knowledge Economy (ICCIKE), March 17–18, 2021, Amity University Dubai, UAE: 225-227
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9410716 (20.8.2021) Zhu H., Meng H., Zhang W., Gao H., Zhou J., Zhang Y., Li Y. 2019. Development of a
longevous two-species biophotovoltaics with constrained electron flow. Nature Communications, 10, 1: 1-12
Liu L., Choi S. 2020. PEDOT:PSS/MnO2/CNT ternary nanocomposite anodes for supercapacitive energy storage in cyanobacterial biophotovoltaics. Applied Energy Materials, 3, 10: 10224-10233