Elektriangerjas aitab biopatareid ehitada

USA Rahvusliku Standardite ja Tehnoloogia Instituudi (NIST) ja Yale'i Ülikooli teadlased on disaininud elektrit tootvad seadmed, mille tööpõhimõte on üle võetud just elektriangerjalt (Electrophorus electricus).

"Me mõistame nüüd, kuidas elektriangerjas elektrilööke tekitada suudab," ütles David LaVan NISTist. "Usume, et suudame sarnaseid elektrirakke laboris tekitada ning nende abil anda energiat meditsiinilistele implantaatidele."

Elektriangerjad suudavad tekitada 500voldise elektrilöögi. Nad kasutavad spetsiaalseid pumpasid ja kanaleid. Positiivselt laetud kaaliumi ja naatriumi ioonid pumbatakse rakust välja, nii et raku sisse jääb negatiivselt laetud ioonide ülekaal. Kanalit avades tekitatakse kiire elektronide vool, mis taastab tasakaalu ning tekitab angerja ohvri halvamiseks piisavalt võimsa elektrilöögi.

Arvutimudelite abil katsetasid teadlased erinevate pumpade ja kanalite kombinatsioonidega ning leidsid, et angerjas ei kasuta kõige optimaalsemat seadistust. Eemaldades ühe pumba, mida La Van nimetab evolutsiooniliseks jäänukiks, saab elektrit genereerida efektiivsemalt.

Elektrienergia tekitamiseks kasutab angerjas suhkrut, muundades seda elektriks 14-protsendilise kasuteguriga. Tehisrakud saaksid selle ülesandega hakkama aga 19protsendilise efektiivsusega.

Pumpasid ja kanaleid varustatakse energiaga sama ühendi abil, mis annab energiat ka kõigile inimese rakkudele - ATP ehk adenosiintrifosfaat. Ühe fosfaadirühma eemaldamisega saab sellest ühendist ADP ehk adenosiindifosfaat ning eraldub energia. Suhkrut kasutatakse aga energiavarude taastamiseks, tehes ADPst taas ATP.

Ühe tehisliku elektrirakuga on võimalik tekitada 150millivoldine pinge. Neljamillimeetrise küljepikkusega kuubi sisse on võimalik pakkida nii palju rakke, et kokku saaks 3 volti. Võrdluseks: näiteks tavaline TV-pult kasutab vaid 1,5 volti.

Suhkrut on looduses palju, kuid seade oleks kindlasti veel tõhusam, kui ta suudaks end ka ise selle ressursiga varustada. Seega loodavad teadlased, et lõpuks õnnestub neil loodust jäljendades luua ka tehislikud fotosünteesivad seadmed, mis päikeseenergia abil lihtsatest molekulidest, nagu vesi ja süsinikdioksiid, suhkrut tekitavad. Sellised seadmed eksisteerivad paberil, kuid tegelikkuses on nende loomisel ees veel mitmeid probleeme. Elektrirakkude tegemiseks on California ülikooli teadlase Atul Parikhi sõnul olemas kaks põhimõttelist lahendust. Üks näeb ette elektrirakkude eraldamise angerjalt. Teine aga nende tehisliku tootmise. Teine võimalus on kindlasti keerukam, kuid tõenäoliselt efektiivsem.

"Kui aga tehisrakud on juba loodud, siis on nende kasutusvõimalused suured. Neid saaks kasutada ka kehaväliselt. Nii saaks luua efektiivsemaid päikesepaneele või astuda sammu lähemale vesinikul põhinevale tulevikule," ütles ta.

Esimesed prototüübid peaksid valmima paari aasta jooksul ning kui kõik läheb sujuvalt, peaksid esimesed praktilised rakendused jõudma turule kõigest viie aastaga. "Sellise seadme praktiline mõju on tohutu. Biopatareide loomine on lõpuks muutumas reaalsuseks," ütles Parick.

Autor: Villu Päärt