Elektriciteit op onwaarschijnlijke plaatsen: rotsoppervlakken over de hele planeet kunnen werken als natuurlijke zonnepanelen

Luister naar dit artikel

Rotsen lijken misschien niet de eerste keus als een potentiële bron van schone en hernieuwbare energie, en nog minder als vervanging voor zonnepanelen. Maar Chinese onderzoekers ontdekten dat sommige stenen metalen lagen dragen die zonlicht op natuurlijke wijze omzetten in elektriciteit via hetzelfde proces als fotosynthetische organismen.

De coating bevat ijzer en mangaan, twee mineralen die worden gebruikt in fotovoltaïsche technologie. Wanneer het door zonlicht wordt geraakt, zet het oppervlak van de rots binnenkomende fotonen om in elektronen.

Zonlicht is de primaire energiebron voor organische en anorganische processen op aarde. Het beïnvloedt het leven, het weer en de chemische samenstelling van de planeet.

Fotosynthetische organismen halen hun energie uit de zon. Ze gebruiken fototrofie om fotonen op te vangen en om te zetten in chemische energie voor opslag.

Ter vergelijking, zonne-technologie zet zonlicht om in elektriciteit door het foto-elektrisch effect. Wanneer licht het fotovoltaïsche materiaal raakt, klopt het elektronen en andere vrije dragers weg van atomen. De resulterende elektrische stroom vloeit in een halfgeleidermateriaal – bijvoorbeeld silicium.

Tot voor kort leek het erop dat de natuur geen anorganische tegenhanger van fototrofie had, wat vragen opriep over hoe het bepaalde processen aandreef.

Natuurlijke deeltjes kunnen metalen coatings hebben die zonlicht in elektriciteit veranderen

Onderzoekers van de Universiteit van Peking vonden niet-biologische voorbeelden van fototrofie in twee regio’s van China. In de woestijnen van Noord-China vonden ze rotsen bedekt met mineralen die zonlicht omzetten in elektronen.

In de vochtige regio van Zuid-China verschenen vergelijkbare metaalachtige coatings op zowel karst- als rode gronddeeltjes. Karst verwijst naar een landschap van kalksteen en andere oplosbare rotsen dat ernstige erosie heeft geleden door water en weer. Rode grond daarentegen heeft zijn naam en kleur gekregen door zijn rijke mineraalgehalte.

Ze brachten monsters van rotsen en grond uit beide regio’s naar het laboratorium en scanden ze onder verschillende soorten microscopen en spectroscopen. De laatste inrichting werd gebruikt om het door de materialen geabsorbeerde en gereflecteerde licht te analyseren om de daarin aanwezige elementen te identificeren.

De ‘vernissen’ van de rotsen uit Noord-China bevatten hoge concentraties ijzer en mangaanoxyhydroxiden. Ondertussen droeg het oppervlak van de rode gronddeeltjes ijzeroxyhydroxiden.

Ten slotte bevatten de oppervlakken van de karststeen kleine hoeveelheden mangaanoxiden. IJzer en mangaan vormen vaak de foto-elektrische coating van zonnecellen.

Het onderzoeksteam produceerde een foto-elektrische sensor direct op de bovenkant van een monster van steenvernis. Ze gebruikten de detector om een ​​kleine foto-elektrische stroomkaart van de coating te maken.

Rotsen en aarde over de hele wereld kunnen dienen als de natuurlijke zonnepanelen van de planeet

De Peking-onderzoekers ontdekten dat de metaalcoatings stabiele en gevoelige foto-elektrische systemen waren. De vernis zette licht om in elektriciteit in zijn laag. Het materiaal dat in de coating was gewikkeld, vertoonde niet hetzelfde vermogen als de coating zelf.

Bovendien veranderden de foto-elektrische stromen zeer snel in reactie op eventuele veranderingen in het licht die het gevoelige materiaal troffen. De stromen werden geactiveerd en gedeactiveerd alsof een schakelaar werd in- en uitgeschakeld.

Het onderzoeksteam schreef het vermogen om op de zon te reageren van de rotsen en de bodem toe aan de halfgeleidende eigenschappen van de coatings op ijzer- en mangaanbasis. Verder kunnen deze coatings in dezelfde rol als fotosynthetische organismen dienen.

Ze wezen erop dat vergelijkbare foto-elektrische coatings rotsen en deeltjes bedekken in woestijnen, karst en rode grondomgevingen over de hele wereld. In wezen werkte een deel van het aardoppervlak als een gigantisch zonnepaneel.

“De natuurlijke halfgeleidende coatings die rijk zijn aan ijzer / mangaan, kunnen een rol spelen die deels vergelijkbaar is met fotosynthesesystemen en dus een onderscheidende drijfveer vormen voor redox (bio) geochemie op aardoppervlakken,” legden de onderzoekers uit Peking uit.

Bronnen:

LiveScience.com

PNAS.org