Našli ho na bahnitých brehoch rieky Potomac pred viac ako tromi desaťročiami: zvláštny „sedimentárny organizmus“, ktorý dokázal robiť veci, ktoré od baktérií nikto nikdy nečakal.
Tento neobvyklý mikrób patriaci do rodu Geobacter bol známy svojou schopnosťou produkovať magnetit bez prítomnosti kyslíka, ale časom vedci zistili, že môže vytvárať ďalšie veci, napríklad bakteriálne nanodrôty, ktoré vedú elektrinu.
Vedci sa roky snažili hľadať spôsoby, ako tento prírodný dar dobre využiť, a tento rok predstavili prístroj, ktorý nazývajú Air-gen. Podľa tímu ich zariadenie dokáže vyrábať elektrinu z … no, takmer z ničoho.
„Elektrinu vyrábame doslova zo vzduchu,“ uviedol vo februári elektrotechnik Jun Yao z University of Massachusetts Amherst. „Air-gen generuje čistú energiu 24 hodín denne.“
Toto tvrdenie môže znieť ako prehnané, ale nedávna štúdia Yaa a jeho tímu popisuje, ako môže generátor poháňaný vzduchom skutočne vyrábať elektrinu iba vtedy, keď je okolo neho vzduch. To všetko vďaka elektricky vodivým proteínovým nanovodičom produkovaným Geobacterom (v tomto prípade G. serreducens).
Air-gen sa skladá z tenkého filmu proteínových nanodrôtov, hrubých iba 7 mikrometrov, vložených medzi dve elektródy.
Film z nanovodov je schopný adsorbovať vodnú paru, ktorá existuje v atmosfére, čo umožňuje zariadeniu generovať nepretržitý elektrický prúd vedený medzi dvoma elektródami.
Vedci tvrdia, že náboj je vytváraný gradientom vlhkosti, ktorý difunduje protóny v materiáli nanodrôty.
„Očakáva sa, že táto difúzia náboja spôsobí vyrovnávajúce elektrické pole alebo potenciál podobný potenciálu pokojovej membrány v biologických systémoch,“ vysvetľujú autori vo svojej štúdii.
„Trvalý gradient vlhkosti, ktorý sa zásadne líši od všetkého, čo sme videli v predchádzajúcich systémoch, vysvetľuje trvalé výstupné napätie z nášho zariadenia na nanodrôty.“
K objavu došlo takmer náhodou, keď si Yao všimol, že sa zdá, že zariadenia, s ktorými experimentuje, vedú elektrinu sami.
“Videl som, že keď boli nanodrôty určitým spôsobom v kontakte s elektródami, generovali prúd,” povedal Yao.
„Zistil som, že vystavenie vzdušnej vlhkosti je dôležité a že proteínové nanodrôty absorbujú vodu a vytvárajú stresový gradient.“
Predchádzajúce štúdie ukázali, že výroba vodnej energie sa vyrába pomocou iných typov nanomateriálov, ako je grafén, ale tieto pokusy väčšinou vyprodukovali iba krátke impulzy elektriny trvajúce iba niekoľko sekúnd.
Naproti tomu generátor Air generuje približne 0,5 V ss. S prúdom približne 17 mikroampérov na centimeter štvorcový.
Nie je to veľa energie, ale tím uviedol, že pripojenie viacerých zariadení by mohlo vygenerovať dostatok energie na nabitie malých zariadení, ako sú smartfóny a iná osobná elektronika – a to všetko bez plytvania a bez použitia okolitej vlhkosti (dokonca ani v takom suchom prostredí). púšte Sahara).
“Konečným cieľom je vybudovanie rozsiahlych systémov,” uviedol Yao s vysvetlením, že v naliehavých prípadoch je možné túto technológiu použiť na napájanie domov nanodrôty zabudovanými do farby na steny.
„Len čo prejdeme k výrobe drôtov v priemyselnom meradle, plne očakávam, že budeme schopní vytvoriť veľké systémy, ktoré významne prispejú k udržateľnej výrobe energie.“
K tomu by mohla pomôcť súvisiaca štúdia spolupracovníka mikrobiológa Dereka Lowleyho, ktorý prvýkrát identifikoval mikróby Geobacter ešte v 80. rokoch 20. storočia: genetické inžinierstvo ďalších mikróbov, ako je E. coli, s cieľom vykonať rovnaký trik vo veľkom meradle.
“Urobili sme z E. coli továreň na výrobu proteínových nanodrôtov,” povedala Lovli.
Výsledky sú uvedené v Nature.
Zdroje: Foto: (UMass Amherst / Yao and Lovley labs / Ella Maru Studio)
