太陽光パネルは住宅やオフィスビルにとって優れた再生可能エネルギー源ですが、小型機器には過剰な場合があります。ウェアラブル機器や衣類には運動エネルギーのほうが適していることもあり、これまでに糸に含まれるカーボンナノチューブを伸ばして発電する研究が報告されています。同じ素材をシアノバクテリアと組み合わせ、マイクロサイズのバイオ太陽電池が作られました。
シアノバクテリアのバイオ太陽電池
科学者たちはここ数年、シアノバクテリアのエネルギー利用の可能性を研究してきました。シアノバクテリアは光合成によって自ら栄養を作り、その過程で太陽エネルギーを吸収して電荷を蓄えることができます。2015年にはカナダの科学者たちが、シアノバクテリアから作られる藍藻類を研究していました。小型機器の電池に取って代わる可能性があると考えられていました。
スマートフォンを動かすのに十分な電荷を蓄えられないかもしれませんが、インペリアル・カレッジ・ロンドン、ケンブリッジ大学、セントラル・セント・マーチンズの欧州の科学者たちは、シアノバクテリアを使った電池兼バイオ太陽電池の作製に成功しました。インクジェットプリンターでカーボンナノチューブとともに紙に印刷した後も、シアノバクテリアは生きています。
このバイオ太陽電池はどのように機能するのでしょうか？
シアノバクテリアを印刷するチャンバー内には、電池と同じように2つの電極が隔てて配置され、膜によってプロトンだけが通過できるようになっています。アノード側で酸素が生成されると、カソード側から放出されます。続いてプロトンがカソードへ移動し、そこで電気が発生して水が形成されます。
インクジェットプリンターと紙を使うことで、科学者たちは高価な製造コストを削減できました。日光がなくても発電できる独自の太陽電池ですが、この方法で従来の太陽光発電セルを置き換える現実的な見込みはありません。一度に多くのエネルギーを生み出せず、寿命も短く、製造後およそ100時間しか持ちません。
規模をさらに拡大できれば、将来、こうしたバイオ太陽電池が一時的な電力供給の手段になる可能性があります。標準的な8.5×11インチの用紙サイズまで、マイクロパネルを大型化できると見込まれています。インペリアル・カレッジ・ロンドンのマリン・サワ博士は、この研究報告の共著者として、研究で実現できることの例を挙げています。
「私たちの技術には、環境中のセンサーとして機能するなど、幅広い用途があると考えています。壁紙に見せかけた紙製の使い捨て環境センサーを想像してみてください。家庭内の空気質を監視し、役目を終えたら取り外して庭に置けば、環境に影響を与えることなく生分解されます。」
科学者たちは、バイオ太陽電池のさらなる低価格化と、より長寿命で高出力のバイオ太陽電池セルの開発に取り組んでいます。この技術を引き続き拡大できれば、発展途上国で環境や健康状態を監視するのに役立つ可能性があります。低電力で一時的に使う機器を電動化するのに最適な方法です。
