L'hanno trovato sulle rive fangose del fiume Potomac oltre tre decenni fa: uno strano “organismo sedimentario” che poteva fare cose che nessuno si sarebbe mai aspettato dai batteri.
Questo insolito microbo, appartenente al genere Geobacter, era noto per la sua capacità di produrre magnetite in assenza di ossigeno, ma nel tempo gli scienziati hanno scoperto che poteva creare altre cose, come nanofili batterici che conducono elettricità.
Per anni, i ricercatori hanno cercato di trovare modi per fare buon uso di questo dono naturale e quest'anno hanno presentato un dispositivo che chiamano Air-gen. Secondo il team, il loro dispositivo può creare elettricità da … beh, quasi nulla.
“Produciamo letteralmente elettricità dal nulla”, ha dichiarato a febbraio l'ingegnere elettrico Jun Yao dell'Università del Massachusetts Amherst. Air-gen genera energia pulita 24 ore al giorno.
L'affermazione può sembrare un'esagerazione, ma un recente studio di Yao e del suo team descrive come un generatore ad aria può effettivamente generare elettricità solo quando c'è aria intorno. Tutto questo grazie ai nanofili proteici elettricamente conduttivi prodotti da Geobacter (in questo caso G. serreducens).
Air-gen è costituito da una sottile pellicola di nanofili proteici, di soli 7 micrometri di spessore, inserita tra due elettrodi.
Il film di nanofili è in grado di adsorbire il vapore acqueo presente nell'atmosfera, consentendo al dispositivo di generare una corrente elettrica continua condotta tra due elettrodi.
Gli scienziati affermano che la carica è creata da un gradiente di umidità che diffonde i protoni nel materiale dei nanofili.
“Questa diffusione di carica dovrebbe causare un campo elettrico di bilanciamento o un potenziale simile al potenziale di membrana a riposo nei sistemi biologici”, spiegano gli autori nel loro studio.
“Un gradiente di umidità sostenuto, che è fondamentalmente diverso da qualsiasi cosa vista nei sistemi precedenti, spiega la tensione di uscita continua dal nostro dispositivo a nanofili”.
La scoperta è stata fatta quasi per caso quando Yao ha notato che i dispositivi con cui stava sperimentando sembravano condurre l'elettricità da soli.
“Ho visto che quando i nanofili erano in contatto con gli elettrodi in un certo modo, hanno generato una corrente”, ha detto Yao.
“Ho scoperto che l'esposizione all'umidità atmosferica è importante e che i nanofili proteici assorbono l'acqua, creando un gradiente di stress”.
Studi precedenti hanno dimostrato che la generazione di energia idroelettrica viene prodotta utilizzando altri tipi di nanomateriali come il grafene, ma questi tentativi hanno per lo più prodotto solo brevi impulsi di elettricità della durata di pochi secondi.
Al contrario, l'Air-gen genera circa 0,5 V CC con una corrente di circa 17 microampere per centimetro quadrato.
Non è molta potenza, ma il team ha affermato che il collegamento di più dispositivi potrebbe generare energia sufficiente per caricare piccoli dispositivi come smartphone e altri dispositivi elettronici personali, il tutto senza sprechi e utilizzando nient'altro che l'umidità ambientale (anche in condizioni di regioni come il deserto del Sahara).
“L'obiettivo finale è costruire sistemi su larga scala”, ha detto Yao, spiegando che nel disperato bisogno questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per alimentare le case con nanofili incorporati nella pittura murale.
“Una volta che passeremo alla produzione di filo su scala industriale, mi aspetto che saremo in grado di creare grandi sistemi che danno un contributo significativo alla produzione di energia sostenibile”.
Uno studio correlato del microbiologo Derek Lovley, che per primo ha identificato i microbi Geobacter negli anni '80, potrebbe aiutare in questo: ingegnerizzare geneticamente altri microbi, come E. coli, per eseguire lo stesso trucco su larga scala.
“Abbiamo trasformato E. coli in una fabbrica di nanofili proteici”, ha detto Lovli.
I risultati sono riportati in Nature.
Fonti: Foto: (UMass Amherst / Yao and Lovley labs / Ella Maru Studio)
