Možnosti ťažby ropy a ďalších fosílnych palív sa rýchlo zmenšujú, navyše ložiská sa často nachádzajú v politicky nestabilných oblastiach planéty. Úsilie o využitie alternatívnych zdrojov energie narastá, sú však stále ešte veľmi drahé. Niektorí vedci sa preto snažia opisovať princípy, ktoré pri získavaní energie využívajú živé organizmy.
Problémy s vodíkom
Ropu by mohol nahradiť vodík, ktorý sa dá získavať z vody a navyše pri jeho spaľovaní nevznikajú žiadne skleníkové plyny, ale predovšetkým vodná para. Napokon pri pohone automobilov a iných strojov nemusí vodík ani horieť, pretože v palivových článkoch jeho zlučovanie so vzdušným kyslíkom produkuje elektrinu priamo.
Takáto prevádzka je bezhlučná, ľahko regulovateľná a prebieha pri nižších teplotách, takže v splodinách sa nenachádza ani to nepatrné percento škodlivín (najmä oxidov dusíka), ktoré by vznikalo horením. Navyše v palivových článkoch nemusí elektrinu vyrábať len vodík, ale i uhľovodíky vrátane biopalív z obnoviteľných zdrojov.
Jazda na platinu
Automobily poháňané palivovými článkami už jazdia, sú však veľmi drahé. V špeciálnych membránach, na ktorých sa vodík s kyslíkom zlučuje, sa totiž ako katalyzátor najčastejšie používa platina. Jej cena je ešte vyššie, než cena zlata. Jedna unca (o niečo viac ako 30 gramov) stojí na svetových trhoch 1 000 dolárov. Okrem toho sú zásoby značne obmedzené. A tak by nám nevyčerpateľné zdroje vodíka neboli veľmi platné, keď chýba platina do katalyzátorov.
Platina má však v palivových článkoch aj iné záporné stránky. Katalyzátory, ktoré sú z nej vyrobené, veľmi ľahko vyradia z prevádzky napríklad oxid uhoľnatý a ďalšie prímesi, ktoré sa bežne vyskytujú v technickom vodíku. Na pohon elektromobilov by sa teda musel používať plyn s takmer laboratórnou čistotou, čo by ho ďalej predražovalo.
Špička ľadovca
Profesor Fraser Armstrong z Oxfordskej univerzity verí, že nie je potrebné prácne zlepšovať klasické palivové články, keď príroda si s týmto problémom poradila už pred niekoľkými miliardami rokov. Primitívne baktérie, ktoré na Zemi existovali na samom úsvite života, tiež získavali energiu z vodíka. Zaobišli sa pritom bez platiny, pretože im rovnakým spôsobom poslúžili hydrogenázy - špeciálne enzýmy na báze uhľovodíkov.
Profesor Armstrong a jeho tím preto obalili elektródy hydrogenázou a umiestnili ich do nádoby obsahujúcej vzduch s prímesou troch percent vodíka. Tento zdanlivo nízky pomer zvolili preto, že ide o najvyššiu bezpečnú koncentráciu vodíka, ktorá ešte nevytvára výbušnú zmes. Na elektródach sa skutočne objavilo elektrické napätie.
Riešenie z bioelektrárne
Oxfordskí vedci chcú na začiatok takýmto spôsobom napájať elektronické zariadenia s malou spotrebou, napr. hodiny, kalkulačky, automatické snímače a pod. "Náš postup v sebe ukrýva veľké možnosti ďalšieho zlepšovania," vyhlásil Fraser Armstrong. "Prirovnal by som to k plávajúcemu ľadovcu - my vidíme len malú špičku, kým celý potenciál tejto technológie sa ešte ukrýva pod hladinou."
Vedci sa snažili využiť hydrogenázu už dávnejšie, predovšetkým na získavanie vodíka rozkladom vody a ďalších zlúčenín. Myšlienka použiť tento enzým na výrobu elektriny v palivových článkoch je nová. Biochemici totiž dobre vedia, že aktívne časti molekúl hydrogenáz nenávratne poškodzuje styk so vzdušným kyslíkom. A bez toho sa prevádzka palivového článku nezaobíde. Tím profesora Armstronga však pozorne študoval vývoj biologických "elektrární" v skutočnej prírode a zistil, že problém je vlastne už dávno vyriešený.
Mikrotvor z praveku
Vedci z Oxfordu sa pri hľadaní "biologických katalyzátorov" pre palivové články zamerali na baktériu Ralstonia metallidurans. Ide o jeden z najstarších známych živých organizmov na Zemi, ktorý tu existuje najmenej 2,5 miliardy rokov. Vtedy ešte bola atmosféra prakticky bez kyslíka, prvé mikroskopické tvory si preto museli získavať energiu iným spôsobom. Zväčša sa živili energiou chemických väzieb niektorých zlúčenín - ide o tzv. chemotrofné organizmy. Je zaujímavé, že podstatná časť ložísk železa a ďalších kovov vznikla v dávnej minulosti práve vďaka aktivite vtedajších baktérií.
Neskôr sa pomery na našej planéte zmenili. Vznikli mikroorganizmy využívajúce energiu svetla, ktoré ako odpadový produkt fotosyntézy vypúšťali kyslík. Atmosféra Zeme sa rýchlo "znečistila" kyslíkom, ktorý bol pre chemotrofné organizmy jedovatý. Väčšina vyhynula, niektoré sa s ním však naučili žiť. A tak si i Ralstonia metallidurans vytvorila hydrogenázy, ktorých aktívne časti tento vysoko reaktívny plyn nepoškodzuje. Profesorovi Armstrongovi teda stačilo "iba" z prírody opísať vzorce enzýmov od baktérií, ktoré prežili prvú globálnu ekologický katastrofu.
Pár dní zvládne...
Biologický palivový článok je zatiaľ iba v štádiu overovania princípu. Laboratórne zariadenie dokázalo dodávať prúd iba necelé dva dni. V budúcnosti chcú vedci zlepšovať prepojenie enzýmov s povrchom elektród a tiež skúmať hydrogenázy pochádzajúce z iných mikroorganizmov.
Opisovanie z prírody neslávi úspech len pri palivových článkoch - vedci sa nechávajú inšpirovať aj pri vývoji iných zariadení na získavanie čistej a nevyčerpateľnej energie. Perspektívne sa to javí predovšetkým pri fotovoltaických paneloch premieňajúcich energiu slnečného žiarenia na elektrinu. Kým dnešné bežné typy pracujú s účinnosťou okolo 15 percent, listy rastlín využívajú energiu svetla na 40 percent. Laboratórií, ktoré sa týmto problémom zaoberajú, preto rýchlo pribúda.