Исследователи обращают внимание на природные генерации энергии на микроуровне. Несколько лет назад было доказано, что на начальных этапах фотосинтеза в бактериях и растениях работают квантовые эффекты. Энергия полученного фотона порождает электронное возбуждение, которое чрезвычайно быстро и эффективно передается в реакционный центр фотосистемы. Новые исследования, опубликованные в Nature Physics и Nature Chemistry, прояснили еще целый ряд фундаментальных процессов механизма фотосинтеза, что позволяет рассчитывать на то, что опыт природы будет использован для создания еще более эффективных светочувствительных элементов.
На рисунке в статье N. Lambert et al., 2012. Quantum biology, показано FMO-комплекс, с помощью которого сіркобактерії улавливают свет и эффективно перебрасывают энергию фотона (1) в реакционный центр (3).
Природа создала механизмы на молекулярном уровне, которые достойны повторения человечеством для решения энергетических проблем. За счет взаимодействия между молекулами электронное возбуждение просто перескакивает с одного островка на другой, пока не достигнет нужного места. Эффективность этого процесса практически равна 100%, то есть, энергия каждого протона достигает реакционного центра, а не теряется по дороге. Это происходит не в лабораторных условиях, а при комнатной температуре в реальных молекулах, которые находятся в биологическом растворе и постоянно подвергаются хаотическим тепловым столкновением с окружающими молекулами. Уровень передачи энергии граничит с минимально допустимым по законам квантовой механики.
Перед исследователями еще много работы, чтобы понять те процессы, которые можно использовать человечеству для приближения эффективности светочувствительных элементов к 100%.