Знаете ли вы, что можно вырабатывать электричество с помощью бактерий?
Это еще не коммерчески жизнеспособный источник энергии, но существуют способы получения электронов от микробов - особенно если они осуществляют фотосинтез.
Группа исследователей только что нашла способ сделать фотосинтезирующие бактерии более эффективными производителями энергии: дать им "крошечные небоскребы" для жизни. Опубликовав свои результаты в журнале Nature Materials, исследователи описали 3D-печатные решетки электродов, изготовленные из наночастиц оксидов металлов. Эти решетки служат жильем для фотосинтезирующих цианобактерий, способствуя их росту. Аренда бесплатна, но необходимо обеспечить собственное электричество.
"Наш подход - это шаг к созданию еще более устойчивых устройств возобновляемой энергии в будущем", - говорит старший автор работы Дженни Чжан, научный сотрудник Кембриджского университета, Великобритания.
Исследователи уже несколько лет изучают бактерии, вырабатывающие энергию, и находят способы, с помощью которых они могут извлекать электричество посредством фотосинтеза. Но это исследование на порядок улучшает предыдущие уровни получения энергии. "Существует ограничение по количеству энергии, которую можно извлечь из фотосинтетических систем, но никто не понимал, где находится это ограничение", - говорит Чжан. "Большинство ученых предполагали, что это ограничение связано с биологической стороной, с бактериями, но мы обнаружили, что существенное ограничение на самом деле связано с материальной стороной".
Электроды исследователей улучшают работу бактерий, предоставляя им больше доступа к солнечному свету. Они были напечатаны в виде cильно разветвленных столбиков, которые дают цианобактериям много места для обитания.
Столбики крупным планом.Каркас собирает "отработанные электроны" от фотосинтезирующих цианобактерий. Фото: Gabriella Bocchetti
"Цианобактериям нужно что-то, к чему они могут прикрепиться и сформировать сообщество со своими соседями. Наши электроды обеспечивают баланс между большой площадью поверхности и большим количеством света - наподобие стеклянного небоскреба".
С помощью этой системы электродов исследователи смогли получить 245 микроампер (мкА) тока на квадратный сантиметр бактерий. В своей работе они утверждают, что это дает потенциальную мощность 541 милливатт на квадратный метр - не совсем энергоемко, но лучше, чем некоторые виды коммерческого биотоплива. "Я был удивлен, что нам удалось достичь таких цифр - подобные цифры предсказывались в течение многих лет, но это первый случай, когда такие цифры были получены экспериментально", - говорит Чжан.
"Цианобактерии - это универсальные химические фабрики. Наш подход позволяет нам подключиться к их пути преобразования энергии на ранней стадии, что помогает нам понять, как они осуществляют преобразование энергии, чтобы мы могли использовать их естественные процессы для производства возобновляемого топлива или химических веществ".
