Те го откриха на калните брегове на река Потомак преди повече от три десетилетия: странен „утаечен организъм“, който можеше да направи нещо, което никой никога не очакваше от бактериите.
Този необичаен микроб, принадлежащ към рода Geobacter, е бил известен със способността си да произвежда магнетит в отсъствието на кислород, но с течение на времето учените открили, че той може да създаде други неща, като например бактериални нанопроводи, които провеждат електричество.
Години наред изследователите се опитват да намерят начини да се възползват добре от този природен дар и тази година те разкриха устройство, което наричат Air-gen. Според екипа устройството им може да създава електричество от … е, почти нищо.
„Ние буквално произвеждаме електричество от въздуха“, каза през февруари електроинженерът Джун Яо от университета в Масачузетс Амхерст. Air-gen генерира чиста енергия 24 часа в денонощието.
Твърдението може да звучи като преувеличение, но скорошно проучване на Яо и неговия екип описва как въздушно задвижван генератор може действително да генерира електричество само когато има въздух около него. Всичко това е благодарение на електропроводимите протеинови нанопроводи, произведени от Geobacter (в случая G. serreducens).
Air-gen се състои от тънък филм от протеинови нанопроводи, дебел само 7 микрометра, притиснат между два електрода.
Наножилният филм е способен да адсорбира водни пари, които съществуват в атмосферата, позволявайки на устройството да генерира непрекъснат електрически ток, провеждан между два електрода.
Учените твърдят, че зарядът се създава от градиент на влагата, който дифузира протоните в материала от нанопровод.
“Очаква се тази дифузия на заряд да предизвика балансиращо електрическо поле или потенциал, подобен на потенциала на мембраната в покой в биологичните системи”, обясняват авторите в своето проучване.
“Трайният градиент на влажност, който е фундаментално различен от всичко, наблюдавано в предишни системи, обяснява непрекъснатото изходно напрежение от нашето нанопроводно устройство.”
Откритието е направено почти случайно, когато Яо забелязва, че устройствата, с които той експериментира, изглежда сами провеждат електричество.
„Видях, че когато нанопроводите са били в контакт с електродите по определен начин, те генерират ток“, каза Яо.
“Открих, че излагането на атмосферна влажност е важно и че протеиновите нанопроводи поглъщат вода, създавайки градиент на стреса.”
Предишни проучвания показват, че производството на водноелектрическа енергия се произвежда с помощта на други видове наноматериали като графен, но тези опити са произвели най-вече само кратки импулси на електричество с продължителност само няколко секунди.
За разлика от това, Air-gen произвежда около 0,5 V DC с ток от около 17 микроампера на квадратен сантиметър.
Това не е много мощност, но екипът каза, че свързването на множество устройства може да генерира достатъчно мощност за зареждане на малки устройства като смартфони и друга лична електроника – и всичко това без да губите и да не използвате нищо друго освен влажността на околната среда (дори при такава суха региони като пустинята Сахара).
„Крайната цел е да се построят мащабни системи“, каза Яо, обяснявайки, че в крайна нужда тази технология може да се използва за захранване на домове с наножици, вградени в боя за стени.
“След като преминем към производството на тел в промишлен мащаб, напълно очаквам, че ще можем да създадем големи системи, които ще допринесат значително за устойчивото производство на енергия.”
Свързано проучване на колега микробиолог Дерек Ловли, който за пръв път идентифицира микробите на Geobacter през 80-те години, може да помогне за това: генетично инженерство на други микроби, като Е. coli, да извършат същия трик в голям мащаб.
“Превърнахме E. coli във фабрика за протеинови наножици”, каза Ловли.
Резултатите се отчитат в Nature.
Източници: Снимка: (UMass Amherst / лаборатории Yao и Lovley / Ella Maru Studio)
