В начале XX века ученые обнаружили существенный энергетический потенциал в микроорганизмах, в бактериях, клетках. Бактерии поглощают углеводы и выделяют углекислый газ, протоны и электроны. В прошлом году ученые из Европы и США совершили несколько крупных открытий в биоэлектричестве, а именно извлечении электроэнергии из бактерий и других микроорганизмов биомассы. Основной целью исследований является создание возобновляемых автономных источников энергии, которые не дают вредных выбросов и могут их даже сокращать.
Исследователи Университета Байройта (Германия) обнаружили, что способность извлекать выделяемое бактериями и другими микроорганизмами электричество можно заметно увеличить в зависимости от материала электродов. Такое открытие может значительно ускорить практическое применение микробных топливных элементов вне лабораторных условий.
В одном из резервуаров находятся бактерии, углекислый газ и анод (электрод, где движение электронов совершается от него). В другом — кислород, например, в составе воды, и катод, который притягивает к себе электроны. Резервуары отделены друг от друга мембраной, способной пропускать протоны. Выделяемые бактериями протоны через мембрану попадают в катодную камеру. Выделяемые же бактериями электроны идут на анод, затем по внешней цепи поступают на катод, где соединяются с протонами и кислородом. Движение электронов из одного резервуара в другой и образует электрический ток. Недостатком такого способа получения электричества является его малая сила, которая исчисляется в микроамперах.
Для увеличения электропроводимости в микробном топливном элементе пробовали электроды из углеродного микроволокна и ячеистой нержавеющей стали. Оказалось, что наибольшую биоэлектропроводимость обеспечивают электроды из ячеистой нержавеющей стали, если их поверхность покрыта высокопроводимой углеродной сажей.
Исследователи считают, что такая система позволит обеспечивать биоэлектричеством в автономном режиме такие устройства, как сенсоры, используемые для мониторинга состояния окружающей среды в отдаленных районах, где нет обычного электропитания или слишком дорого его использовать, — от сети или стандартных батарей.
Ученые Йельского университета заявили об открытии новой формы фототсинтеза.
Открытие связано с биопленками (сообществами микроорганизмов) из особых бактерий, которые обитают глубоко под землей или под водой в условиях темноты. В ходе своего жизненного цикла эти «темные» бактерии в малых объемах выделяют электричество. Это происходит благодаря микроскопическим протеиновым волокнам. Но когда такие бактерии оказываются под воздействием света, естественного или искусственного, их протеиновые нановолокна начинают работать продуктивнее в несколько раз, таким образом бактерия выделяет в разы больше электричества. Воздействие света на такие бактерии способно увеличить их электропроводимость в 100 раз, создавая фотоэлектрический ток длительностью несколько часов.
Ученые считают, что открытие такой закономерности позволит использовать скрытый электрический потенциал микроорганизмов для целого ряда задач — от удаления мусора и загрязнений биологического происхождения до создания полноценных биологических и возобновляемых источников энергии.
Ученые из Бингемтонского университета (штат Нью-Йорк, США) создали самую настоящую биобатарею, которая может работать не несколько часов, а несколько недель. Конфигурация такой биобатареи позволяет поддерживать и даже наращивать напряжение и силу тока, добавляя новые элементы в уже работающую батарею или заменяя отработанные компоненты.
«В верхнем резервуаре находятся фотосинтезирующие бактерии, которые производят органические продукты питания для бактерий, находящихся во втором, среднем резервуаре. Эти бактерии нужны, чтобы производить питательные элементы уже для электрогенерирующих бактерий, которые находятся в третьем, нижнем резервуаре. Постоянная подпитка, которую получают "нижние" бактерии от "средних", позволяют им не только увеличить время своей работы, но и силу тока», — поясняют авторы исследования.
Структуру таких биобатарей можно сравнить с конструктором Lego. Они способны не только заменять резервуары с теми или иными бактериями, отработавшими свой ресурс, но и соединять друг с другом сами батареи, повышая совокупную силу тока. Размер одной батареи — 3х3 см в ширину и длину, поэтому при желании из них можно создать не только более мощную батарею, но и подобие электростанции. Авторы исследования полагают, что наиболее полезными такие биобатареи-конструкторы могли бы стать для обеспечения бесперебойной работы интернета в отдаленных регионах планеты.
«Сейчас у нас есть сети 5G, в ближайшие несколько лет должны заработать сети 6G. Для работы в таких сетях, для "интернета вещей" нужны "умные", но очень компактные устройства. Как же мы можем обеспечить энергией такие миниатюрные устройства, которые могут быть расположены вдалеке от традиционных источников энергии? Мы не можем ездить туда, чтобы каждый раз заменить батарейку или аккумулятор. Для этого нам и понадобятся миниатюрные возобновляемые источники энергии», - сообщил один из авторов исследования.