Аккумулятор, не требующий подзарядки, или самозаряжающаяся батарейка, способная работать автономно, — еще недавно такая технология казалась возможна лишь в фильмах про далекое будущее или фантастических романах писателей-утопистов. Однако революционный научный проект германо-корейских ученых, кажется, готов воплотить в реальность самые смелые фантазии многих мечтателей, ведь получить энергию в аккумуляторах исследователям удалось с помощью бактерий.
Научные эксперименты
В новой биогибридной батарее для производства электричества используются экзоэлектрогенные микробы Shewanella oneidensis, которые ученые обнаружили всего несколько лет назад. Некоторые из этих бактерий живут в кишечнике человека в анаэробной среде и в отсутствии кислорода активно используют металлы для получения электронов, выделяемых в процессе обмена веществ. По данным исследования Массачусетского университета, опубликованного недавно на страницах издания Nature Nanotechnology, некоторые бактерии способны образовывать так называемые бактериальные нити, проводимость которых сопоставима с проводимостью активных металлов.
Получить электричество из микроорганизмов на практике удалось исследователям из технологического института Карлсруэ (KIT). Подробно описан эксперимент в журнале ACS Applied Materials&Interfaces. Для этих целей команде под руководством корейского ученого Юн Ху (Yong Hu) удалось разработать материал, в котором бактерии смогли не только активно расти и размножаться, но и производимое ими электричество эффективно рассеивалось при помощи электродов.
Впервые анаэробные бактерии вида Shewanella oneidensis были обнаружены учеными в образцах воды из озера Онейда в штате Нью-Йорк, что произвело настоящий фурор в мировом научном сообществе. Уникальностью новооткрытого микроорганизма является его способность производить различные элементарные металлы из сложнометаллических соединений с такими элементами как уран, ртуть, серебро, свинец и железо. По мнению ученых, бактерии высвобождают электроны через участки нитевидных клеток, чем и объясняется их способность производить «живое электричество».
Большие перспективы
Новая биогибридная конструкция состоит из жидкого питательного раствора, представляющего собой комбинацию наноструктур и биомолекул. Соавтор проекта немец Кристоф Нимейер (Christof Niemeyer) объясняет, что ученым удалось создать пористый гидрогель, состоящий из углеродных нанотрубок и наночастиц кремнезема, переплетенных через нити ДНК бактерий. По словам другого участника проекта, Йоханнеса Гешера (Johannes Gescher), наблюдения за культивируемым материалом показывают, что экзоэлектрогенные бактерии типа Shewanella oneidensis колонизируют проводящий каркас, в то время как микроорганизмы типа Escherichia coli остаются лишь на поверхности матрицы. По словам обоих исследователей, эта биогибридная конструкция работает по принципу настоящей батареи и обладает электрохимической активностью, создавая электрическое напряжение, позволяющее работать простейшим электроприборам. Количество вырабатываемого электричества, в свой черед, пропорционально количеству самих бактерий, присутствующих в синтетической матрице.
Несмотря на то, что конечные результаты своего исследования немецкие ученые собираются опубликовать лишь к концу этого года, уже сейчас становится ясно, что в случае успеха этот проект имеет самые большие перспективы. Остается надеяться, что уже в ближайшее время мы сможем зарядить телефон или совершить загородную поездку, используя электрическую силу, выделяемую не губительными для окружающей среды углем или нефтью, а безобидными продуктами обмена веществ крошечных бактерий. Сможет ли воплотиться в реальность эта смелая идея или же она станет сюжетом очередного фантастического произведения — покажет лишь время.
Виталий Сманцер, журнал „Neue Zeiten“ №08 (230) 2020
