Több mint három évtizeddel ezelőtt a Potomac folyó sáros partján találták meg: furcsa „üledékes organizmus”, amely képes olyasmire, amire soha senki nem számított a baktériumoktól.
Ez a szokatlan, a Geobacter nemzetségbe tartozó mikroba arról volt ismert, hogy oxigén hiányában képes magnetitet előállítani, de idővel a tudósok felfedezték, hogy más dolgokat is létrehozhat, például baktérium nanovezetékeket, amelyek áramot vezetnek.
Évek óta a kutatók megpróbálták megtalálni a természetes ajándék megfelelő kihasználásának módját, és idén bemutatták az általuk Air-gen néven ismert készüléket. A csapat szerint készülékük áramot tud létrehozni … nos, szinte semmiből.
“Szó szerint vékony levegőből állítjuk elő az áramot” – mondta Jun Yao villamosmérnök, a Massachusetts Amherst Egyetem februárjában. Az Air-gen tiszta energiát termel a nap 24 órájában.
Az állítás túlzásnak tűnhet, de Yao és csapata nemrégiben készült tanulmánya leírja, hogy egy léghajtású generátor valóban csak akkor képes villamos energiát előállítani, ha körülötte van levegő. Mindez a Geobacter (jelen esetben G. serreducens) által előállított, elektromosan vezető fehérje nanohuzaloknak köszönhető.
Az Air-gen egy vékony fehérje nanohuzal filmből áll, mindössze 7 mikrométer vastag, két elektróda közé szorítva.
A nanoszálas film képes a légkörben lévő vízgőz adszorbeálására, lehetővé téve az eszköz számára, hogy folyamatos elektromos áramot hozzon létre két elektróda között.
A tudósok szerint a töltést egy nedvességgradiens hozza létre, amely diffundálja a protonokat a nanohuzal anyagában.
“Ez a töltés diffúzió várhatóan kiegyensúlyozó elektromos teret vagy potenciált idéz elő, amely hasonló a nyugalmi membránpotenciálhoz a biológiai rendszerekben” – magyarázzák a szerzők tanulmányukban.
“A tartós nedvességgradiens, amely alapvetően különbözik a korábbi rendszerekben látottaktól, megmagyarázza a nanovezetékes eszközünk folyamatos kimeneti feszültségét.”
A felfedezés szinte véletlenül történt, amikor Yao észrevette, hogy az általa kísérletezett eszközök úgy tűnik, hogy önmaguk vezetik az áramot.
“Láttam, hogy amikor a nanohuzalok bizonyos módon érintkeztek az elektródákkal, áramot generáltak” – mondta Yao.
“Megállapítottam, hogy fontos a légköri páratartalomnak való kitettség, és hogy a fehérje nanohuzalok felszívják a vizet, stresszgradienst létrehozva.
Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a vízenergiát más típusú nanoanyagok, például grafén felhasználásával állítják elő, de ezek a kísérletek többnyire csak rövid, néhány másodpercig tartó impulzusokat eredményeztek.
Ezzel szemben az Air-gen körülbelül 0,5 V DC-t generál, körülbelül 17 mikroamper / négyzetcentiméter árammal.
Ez nem sok energia, de a csapat szerint több eszköz csatlakoztatása elegendő energiát termelhet a kis eszközök, például okostelefonok és egyéb személyes elektronikai elemek töltéséhez – mindez pazarlás nélkül és a környezeti páratartalom kivételével (még ilyen szárazon is) régiók, mint a Szahara sivatag).
“A végső cél a nagyméretű rendszerek kiépítése” – mondta Yao, kifejtve, hogy nagyon szükség van erre a technológiára a falfestékbe ágyazott nanohuzalokkal rendelkező otthonok áramellátására.
“Amint áttérünk az ipari méretű huzalgyártásra, teljesen várom, hogy képesek legyünk olyan nagy rendszereket létrehozni, amelyek jelentősen hozzájárulnak a fenntartható energiatermeléshez.”
Derek Lovley munkatársa mikrobiológus kapcsolódó tanulmánya, amely először a nyolcvanas években azonosította a Geobacter mikrobákat, segíthet ebben: más mikrobák, például az E. coli géntechnológiával történő elvégzésével ugyanazt a trükköt nagy léptékben hajthatják végre.
“Az E. colit fehérje nanohuzal-gyárrá alakítottuk” – mondta Lovli.
Az eredményekről a Nature számol be.
Források: Fotó: (UMass Amherst / Yao és Lovley labs / Ella Maru Studio)
