Kurti saulės elementus mokysimės iš augalų? FTMC doktorantė Gabrielė Rankelytė sulaukė tarptautinio įvertinimo

Kaip pagerinti saulės elementų efektyvumą, kuris lauko sąlygomis dažniausiai siekia iki 25 proc.? Vienas iš sprendimų – imti pavyzdį iš augalų, kurie šviesos energiją puikiai panaudoja ją paversdami savo maistu.

FTMC Molekulinių darinių fizikos skyriaus doktorantė Gabrielė Rankelytė tyrinėja gamtos mechanizmus, vykstančius prieš fotosintezę, ir siekia apskaičiuoti geriausią sprendimą, kaip visa tai perkelti į žmogaus sukurtas technologijas.

Jaunosios mokslininkės darbai jau sulaukė pirmųjų įvertinimų – jos stendiniai pranešimai pripažinti geriausiais gegužę ir liepą vykusiose tarptautinėse mokslinėse konferencijose.

Kas vyksta prieš fotosintezės pradžią

FTMC doktorantė domisi fotosistemomis, kurių yra augaluose dumbliuose ir melsvabakterėse. Fotosistemos – tai pigmentų ir baltymų kompleksai, sugeriantys saulės šviesą ir paverčiantys jos energiją chemine energija, kuri vėliau naudojama fotosintezei, t. y. maisto medžiagų gamybai.

Augaluose, dumbliuose ir melsvabakterėse veikia dvi fotosistemos. Pirmoji iš jų, fotosistema I, sugeria šviesos energiją ir sužadina elektronus. Dėl to prasideda procesai, kurie aprūpina fotosintezę reikalinga energija.

Šį pirmąjį etapą konkrečiai ir tyrinėja Gabrielė. Pasak jos, jame vyksta labai įdomūs procesai – ir tikimasi, kad geresnis jų supratimas pravers atsinaujinančios energijos srityje.

„Pirmosios fotosistemos efektyvumas siekia beveik 100 procentų. Tai reiškia, kad beveik kiekvienas sugertas fotonas yra sėkmingai pernešamas kaip energija.

Tai įspūdinga, nes nė viena žmogaus sukurta technologija, pavyzdžiui, saulės elementai, net nepriartėja prie tokio efektyvumo. Todėl įdomu suprasti, kodėl ši energijos pernaša yra tokia greita ir kokios sąlygos būtinos tokiam našumui pasiekti“, – pasakoja pašnekovė.

(Dokt. Gabrielė Rankelytė. Gabrieliaus Mackevičiaus / FTMC nuotr.)

G. Rankelytė ieško teorinių sprendimų – kompiuteriu kuria modelius ir juos analizuoja. Pasak mokslininkės, tokie eksperimentai kol kas įmanomi tik virtualioje aplinkoje, nes tyrinėjamos fotosistemos apima vos kelias dešimtis angstremų dydžio (kad geriau įsivaizduokime: vienas angstremas yra dešimt milijonų kartų mažesnis už milimetrą; angstremais įprastai matuojami atomai arba molekulės).

„Galime apšviesti sistemą ir matuoti šviesos sugertį, fluorescenciją ar kitus parametrus, tačiau negalime tiesiogiai pamatyti, per kurį chlorofilą tiesiogiai keliauja šviesos energija.

Todėl dažnai atliekamos modifikacijos. Pavyzdžiui, modeliuojama, kas nutiktų pašalinus tam tikrą pigmentą, arba analizuojamos baltymų mutacijos, kurios pakeičia pigmentų energines savybes. Pokyčiai stebimi pagal gautus šviesos spektrus.

Aš stengiuosi šiuos spektrus sumodeliuoti teoriškai, kad paskui būtų galima juos tiesiogiai palyginti su didesnio masto eksperimentiniais duomenimis. Jei teoriniai rezultatai sutampa su eksperimentiniais, galime manyti, kad mūsų siūlomas energijos pernašos modelis yra teisingas“, – pasakoja Gabrielė.

Jos pagrindinis tikslas šiuo metu – suprasti, kaip konkrečiai vyksta šviesos energijos pernašos kelias nuo saulės spindulius „pagaunančių“ fotosistemų iki vadinamojo reakcijos centro, kuriame jau prasideda fotosintezė: „Čia dalyvauja daug skirtingų mechanizmų. Įdomu nustatyti, kuris iš jų veikia tam tikromis sąlygomis, kada aktyvuojasi vienas ar kitas procesas, kurie yra greitesni, kurie lėtesni. Tai svarbūs klausimai, kurie dar nėra iki galo išaiškinti.“

(Dokt. Gabrielė Rankelytė. Asmeninio archyvo nuotr.)

Pažintys su žymiais mokslininkais

FTMC doktorantės darbai jau sulaukė pirmųjų tarptautinių įvertinimų: gegužę Italijos mieste Gaetoje ir liepą Liverpulyje ji dalyvavo mokslinėse konferencijose ir pelnė apdovanojimus už geriausią stendinį pranešimą. Pastarasis renginys Anglijoje „Light Harvesting“, kurį organizavo Tarptautinė fotosintezės tyrimų asociacija ISPR, buvo ypač didelis – vien mokslinių plakatų pristatyta apie šimtą.

O pati konferencija buvo skirta temai, kaip fotosistemos sugeria šviesą ir kaip ši energija yra pernešama toliau.

„Labai džiaugiuosi kiekvieną kartą, kai mano pranešimai sulaukia pripažinimo. Jaučiuosi labai laiminga.

Ypač Liverpulyje – kai sužinojau, kad mano pranešimas pripažintas vienu geriausių, labai apsidžiaugiau, nes tai buvo būtent mano tyrimų sritis. Ten dalyvavo daug žymių mokslininkų, kurių straipsnius kasdien skaitau ir cituoju. Žinojau, kad tai labai svarbūs vardai šioje srityje. Todėl būti paskelbtai geriausio plakato autore man itin reikšmingas įvertinimas“, – dalijasi G. Rankelytė.

Pasak mokslininkės, laukia dar daug nuoseklaus darbo – nebus taip, kad vienas apskaičiavimas iškart lems naujų saulės elementų atsiradimą. Tačiau, jei geriau suprasime, kodėl augalų fotosistemos veikia taip efektyviai, galbūt tam tikrus principus bus galima pritaikyti ir technologijose: „Bandau žingsnis po žingsnio prisidėti prie bendrojo mokslo gėrio. Ir, kalbant apie atsinaujinančią energiją, manau, kad iš augalų tikrai galima daug ko išmokti.“

Parengė Simonas Bendžius