Вчені знайшли цікавий мікроорганізм на брудних берегах річки Потомак більше трьох десятиліть тому: дивний «осадовий організм» може робити те, на що не здатна жодна відома бактерія - допомагати виробляти електрику.
Незвичайний мікроб, що належить до сімейству Geobacter, вперше прославився своєю здатністю виробляти магнетит (природний оксид заліза), причому за відсутності кисню. Але з часом вчені виявили, що він може створювати й інші речі. Наприклад, бактеріальні нанопроволоки, які проводять електрику.
Протягом багатьох років вчені намагалися знайти спосіб використовувати з користю природний дар мікроба, і нарешті домоглися свого, розробивши пристрій Air-gen здатне виробляти електрику з... майже нічого
".Ми буквально виробляємо електрику з повітря, - говорить інженер-електрик Цзюнь Яо з Массачусетського університету в Амхерсті. Air-gen генерує чисту енергію 24 години на добу ".
Заява здається занадто гучною, але Яо і його команда описали процес вироблення електрики генератором з повітряним приводом. І все це завдяки електропровідним білковим нанопроводам, отриманих за допомогою мікроба Geobacter (G. sulfurreducens, в даному випадку).
Air-gen складається з тонких плівок, сотканих з білкових нанопроводів товщиною всього 7 мікрометрів, і розташованих між двома електродами, підвішеними в повітрі. Плівка нанопроволоки здатна адсорбувати пари води, присутні в атмосфері, дозволяючи пристрою генерувати безперервний електричний струм між двома електродами. Заряд, ймовірно, створюється градієнтом вологості, який створює дифузію протонів (взаємне проникнення) в матеріалі нанопроволоки.
"Ця дифузія заряду викличе врівноважувальне електричне поле або потенціал, аналогічний мембранному потенціалу в біологічних системах, - пояснюють як можуть автори винаходу у своєму дослідженні. - Підтримуваний градієнт вологості, який принципово відрізняється від усього, що спостерігалося в попередніх системах, пояснює безперервну вихідну напругу від нашого нанопроволочного пристрою ".
Відкриття було зроблено практично випадково, коли Яо помітив, що пристрої, з якими він експериментував, давали електрику. "Я помітив: коли нанопроволоки певним чином контактували з електродами, пристрої генерували струм, - говорить Яо. - Потім було виявлено, що атмосферна вологість має важливе значення для процесу, і що білкові нанонити поглинають воду, створюючи градієнт напруги на пристрої ".
Раніше досліди з вироблення гідроелектричної енергії проводилися з використанням інших видів наноматеріалів, таких як графен. Але при цьому спостерігалися лише короткі імпульси електрики.
Навпаки, Air-gen виробляє постійну напругу близько 0,5 В з щільністю струму близько 17 мікроампер на квадратний сантиметр. Це не так багато, але дослідники запевняють, що підключення декількох пристроїв здатне генерувати достатньо енергії для зарядки невеликих пристроїв, таких як смартфони. Причому пристрій буде працювати навіть у пустелі Сахара.
Тепер перед вченими стоїть завдання зі створення великомасштабних систем для живлення будинків за допомогою нанопроволоки, вбудованої в фарбу для стін. «Як тільки ми перейдемо до промислових масштабів виробництва дроту, з'явиться можливість створювати великі системи, які внесуть істотний внесок у виробництво енергії».
Зазначимо, що опублікована фотографія не має ніякого відношення до розробки.