Volgens een persbericht van de Heriot-Watt Universiteit in Edinburgh, VK, heeft een team van de universiteit onlangs ontdekt dat zonlicht kan worden gebruikt om lasers aan te drijven. Zonlicht is een van de meest voorkomende hernieuwbare energiebronnen op aarde, zoals kan worden gebruikt voor laseraandrijving, zal in de toekomst van de industriële ontwikkeling een belangrijk keerpunt worden.
Het fotosynthetische antennecomplex verzamelt energie uit zonlicht, zet deze om in elektronische excitaties en convergeert deze efficiënt naar een H-dimeer in het midden. Hier wordt de excitatie geabsorbeerd in een heldere, energierijke toestand en ontspant vervolgens snel naar een donkere, energiezuinige toestand. Dit mechanisme voorkomt heruitzending en maakt populatie-inversie mogelijk tussen de toestanden |L⟩ en |G⟩, waardoor lasers kunnen worden gegenereerd
Conventionele lasers worden aangedreven door elektriciteit uit batterijen of het elektriciteitsnet. Zelfs als hernieuwbare elektriciteit wordt gebruikt, vereist dit extra infrastructuur en gaat er altijd energie verloren. Het gebruik van zonlicht om lasers aan te drijven om chemische processen op gang te brengen in plaats van fossiele brandstoffen heeft veel mogelijkheden voor de toekomst, zegt het onderzoeksteam.
Dr. Erik Gauger van het Heriot-Watt Institute for Photonics and Quantum Science, die eerder schetste hoe door zonlicht aangedreven lasers werken in een studie gepubliceerd in de New Journal of Physics, vertelde hoe zonlicht overvloedig aanwezig is, maar moeilijk te verzamelen, op te slaan en op te slaan. gebruiken omdat het dun en variabel is. De natuur heeft een manier gevonden om dit te bereiken door middel van fotosynthese, waarbij planten zonlicht, water en koolstof omzetten in voedsel en energie.
Het team heeft een bionische blauwdruk ontworpen voor een nieuw lasersysteem dat natuurlijk zonlicht opwaardeert tot een coherente laserstraal. Andere wetenschappers zijn begonnen te werken aan lasers op zonne-energie, maar wat tot nu toe is aangetoond vereist nog steeds complexe systemen en hoge niveaus van koeling. Het onderzoeksteam waar Gauger mee werkte, richtte zich op paarse bacteriën, een fotosynthetisch organisme dat voorkomt in vijvers en meren, om bieden de inspiratie voor hun nieuwe systeem.
Paarse bacteriën hebben ringvormige tentakels met een reactiecentrum in het midden dat zonlicht omzet in chemische energie. Als er een manier zou kunnen worden gevonden om het reactiecentrum te verwijderen en te vervangen door een eenvoudiger structuur, zegt Gauge, zou een aantal gemodificeerde fotosynthetische structuren kunnen worden gebruikt om zonlicht onder omgevingsomstandigheden om te zetten in laserstralen.
Concreet zou dit ontwerp noch een externe stroombron, noch een grote, complexe surroundlens vereisen. Het zou lichtgewicht en draagbaar zijn met volledig natuurlijke en organische componenten. Het zou de ultieme bron van groene energie vormen. Nu het team al deze componenten beschikbaar heeft, moeten ze alleen nog de beste manier vinden om met het moleculaire ‘Lego’ te spelen en de structuur in elkaar te zetten.
Het eindresultaat zou een energiezuinige zonnelaser kunnen zijn die nog steeds voor een reeks toepassingen kan worden gebruikt, aldus Gauger. Zonnelasers kunnen worden gebruikt om groene energie op te wekken of om chemische processen te realiseren. Dit zou de koolstofvoetafdruk van processen zoals de productie van kunstmest kunnen aanpakken. Het is heel opwindend dat we zonne-energiebronnen kunnen gebruiken om een vermindering van de CO2-uitstoot te bereiken.
