Našli so ga na blatnih bregovih reke Potomac pred več kot tremi desetletji: čuden “usedalni organizem”, ki je lahko delal stvari, ki jih od bakterij nihče ni pričakoval.
Ta nenavaden mikrob, ki spada v rod Geobacter, je bil znan po svoji sposobnosti, da proizvaja magnetit v odsotnosti kisika, a sčasoma so znanstveniki odkrili, da lahko ustvarja tudi druge stvari, na primer bakterijske nanožice, ki prevajajo elektriko.
Raziskovalci že leta poskušajo najti načine, kako dobro izkoristiti to naravno darilo, letos pa so predstavili napravo, ki ji pravijo Air-gen. Po mnenju ekipe lahko njihova naprava ustvari elektriko iz … no, skoraj ničesar.
“Elektriko dobesedno delamo iz zraka,” je februarja dejal elektroinženir Jun Yao z univerze v Massachusettsu Amherst. Air-gen ustvarja čisto energijo 24 ur na dan.
Trditev se morda sliši kot pretiravanje, toda nedavna študija Yaoja in njegove ekipe opisuje, kako lahko generator z zrakom dejansko proizvaja elektriko le, če je okoli njega zrak. Vse to je posledica električno prevodnih beljakovinskih nanožic, ki jih proizvaja Geobacter (v tem primeru G. serreducens).
Air-gen je sestavljen iz tankega filma beljakovinskih nanožic, debeline le 7 mikrometrov, stisnjenega med dve elektrodi.
Film nanožice lahko absorbira vodno paro, ki obstaja v ozračju, kar omogoča napravi, da ustvarja neprekinjen električni tok med dvema elektrodama.
Znanstveniki pravijo, da naboj ustvarja gradient vlage, ki razprši protone v materialu nanožice.
“Ta difuzija naboja naj bi povzročila uravnoteženo električno polje ali potencial, podoben potencialu počivajoče membrane v bioloških sistemih,” v svoji študiji pojasnjujejo avtorji.
“Trajni gradient vlage, ki se bistveno razlikuje od vsega, kar smo videli v prejšnjih sistemih, pojasnjuje neprekinjeno izhodno napetost iz naše nanožice.”
Do odkritja je prišlo skoraj naključno, ko je Yao opazil, da se zdi, da naprave, s katerimi je eksperimentiral, same prevajajo elektriko.
“Videl sem, da so nanožice, ko so bile na določen način v stiku z elektrodami, ustvarile tok,” je dejal Yao.
“Ugotovil sem, da je izpostavljenost atmosferski vlagi pomembna in da beljakovinske nanožice absorbirajo vodo, kar ustvarja gradient stresa.”
Prejšnje študije so pokazale, da se hidroelektrična energija proizvaja z uporabo drugih vrst nanomaterialov, kot je grafen, vendar so ti poskusi večinoma povzročili le kratke impulze električne energije, ki so trajali le nekaj sekund.
Nasprotno pa Air-gen proizvaja približno 0,5 V enosmernega toka s tokom približno 17 mikroamperov na kvadratni centimeter.
Moči sicer ni veliko, toda ekipa je dejala, da bi lahko povezava več naprav ustvarila dovolj moči za polnjenje majhnih naprav, kot so pametni telefoni in druga osebna elektronika – vse brez zapravljanja in uporabe nič drugega kot vlažnost okolice (tudi v tako suhi regije, kot je puščava Sahara).
“Končni cilj je zgraditi obsežne sisteme,” je dejal Yao in pojasnil, da bi to tehnologijo lahko uporabili za napajanje domov z nanožicami, vdelanimi v stenske barve.
“Ko preidemo na industrijsko proizvodnjo žic, v celoti pričakujem, da bomo lahko zgradili velike sisteme, ki pomembno prispevajo k trajnostni proizvodnji energije.”
Pri tem bi lahko pomagala sorodna študija sodelavca mikrobiologa Dereka Lowleyja, ki je mikrobe Geobacter prvič identificiral že v osemdesetih letih: gensko inženirstvo drugih mikrobov, na primer E. coli, da bi v veliki meri izvedli isti trik.
“E. coli smo spremenili v tovarno beljakovin,” je dejal Lovli.
O rezultatih poroča Nature.
Viri: Foto: (UMass Amherst / laboratoriji Yao in Lovley / Studio Ella Maru)
