Альтернативная энергетика — это не только уже ставшие привычными ветровая и солнечная энергетики, но и другие виды, разработкой который занимаются ученые. Это не обязательно громоздкие установки, в которых кинетическая или тепловая энергия превращается в электричество. Ток можно получать с помощью таких вещей, о которых мы даже не могли бы подумать. Об одном из таких способов «Процесс» рассказывает сегодня.
На берегу реки Потомак в Вашингтоне более 30 лет назад ученые обнаружили необычный микроорганизм, который делает то, что не под силу другим бактериям. Микроб, принадлежащий роду Geobacter, заметили за возможность создавать минерал магнетит без участия кислорода. Необычная способность, но интересная только узким специалистам. Но позже оказалось, что он гораздо полезнее. Например, этот микроб может создавать бактериальные нанопроволоки, которые служат проводниками электричества.
Много лет исследователи пытались найти способы, как с пользой использовать этот дар природы. В 2020 году это им удалось с помощью устройства Air-gen. Как говорят ученые, прибор может создавать электричество буквально из ниоткуда.
«Мы буквально производим электричество из воздуха, — сказал в феврале инженер-электрик Цзюнь Яо из Массачусетского университета в Амхерсте. — Air-gen генерирует чистую энергию 24 часа в сутки».
Это может звучать как преувеличение. Но, как гласит недавнее исследование Яо и его команды, генератор с воздушным приводом Air-gen действительно хватает одного лишь воздуха для выработки электричества. Так работают электропроводящие белковые нанопроволоки, создаваемые Geobacter (в данном случае — G. serreducens).
Air-gen состоит из тонкой пленки белковых нанопроводов толщиной всего 7 микрометров, расположенных между двумя электродами, имеющими доступ к воздуху. Благодаря этому пленка с нанопроволокой может адсорбировать пары воды, присутствующие в атмосфере, давая возможность устройству генерировать электрический ток.
Если говорить учеными словами, заряд создается градиентом влажности, в свою очередь создающим диффузию протонов в нанопроволоках.
«Предполагается, что эта диффузия заряда вызовет уравновешивающее электрическое поле или потенциал, аналогичный мембранному потенциалу в биологических системах»
Открытие было сделано практически случайно, когда Цзюнь Яо заметил, что устройства, с которыми он экспериментировал, по-видимому, проводили электричество: «Я заметил, что когда нанопроволоки контактировали с электродами определенным образом, устройства генерировали ток», — говорит ученый.
Раньше ученые выяснили, что для выработки электроэнергии из наноматериалов годится графен, но он давал только короткие импульсы, продолжающиеся всего несколько секунд. Air-gen же вырабатывает постоянно напряжение около 0,5 В с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр.
Этого не хватит для пылесоса или кухонной техники, но несколько Air-gen вполне могут зарядить небольшие портативные устройства, например, тот же смартфон. И все это без подключения к сети или использования аккумуляторов. Нужно всего лишь немного воздуха.
Но в планах ученых — создание крупномасшабных систем на основе Air-gen. В будущем нанопроволокой, встроенной в краску для стен, могут даже запитывать дома.
«Как только мы перейдем к промышленным масштабам производства проволоки, я планирую, что мы сможем создать большие системы, которые внесут существенный вклад в устойчивое производство энергии», — говорить Цзюнь Яо.
Единственное ограничение такой технологии — количество нанопроволоки, которую производит бактерия. Микробиолог Дерек Лоули, член команды Яо, предлагает использовать другие бактерии, чтобы наладить массовое производство нанопроволок. Для создания «фабрики» приспособили бактерии кишечной палочки.
По материалам Science Alert
