I ricercatori dell'Istituto di microbiologia dell'Accademia cinese delle scienze hanno segnalato un nuovo sistema biofotovoltaico (BPV) basato su un consorzio microbico sintetico con flusso di elettroni vincolato. Questo sistema BPV può funzionare stabilmente per più di 40 giorni, stabilendo un nuovo traguardo di longevità BPV, secondo un recente articolo in Comunicazioni sulla natura .

Il BPV è una tecnologia emergente che utilizza materiali fotosintetici biologici (principalmente microrganismi fotosintetici viventi) per convertire l'energia solare in elettricità. Il BPV è più rispettoso dell'ambiente e potenzialmente più conveniente rispetto al fotovoltaico (FV) basato su semiconduttori, data la tossicità e la natura difficile da riciclare dei materiali fotovoltaici.

Però, le densità di potenza dei sistemi BPV segnalate fino ad oggi sono state basse, poiché i microrganismi fotosintetici hanno una debole capacità di trasferire elettroni all'esterno delle cellule. Per aggirare questo problema, i ricercatori hanno creato un consorzio microbico di due specie.

Questo consorzio microbico è composto da cianobatteri fotosintetici e dai batteri esoelettrogeni Shewanella, con quest'ultimo che possiede intrinsecamente una forte attività esoelettrogenica. Il D-lattato è stato selezionato come vettore energetico responsabile del trasferimento di energia diretto tra cianobatteri e Shewanella (Fig. 1).

In questo consorzio microbico, i cianobatteri catturano l'energia solare e fissano la CO ₂ sintetizzare D-lattato, mentre Shewanella produce elettricità ossidando il D-lattato, creando così un flusso di elettroni vincolato dai fotoni al D-lattato, poi all'elettricità.

Attraverso la manipolazione genetica, così come la manipolazione del mezzo di crescita e del dispositivo, i due microrganismi molto diversi sono in grado di lavorare insieme efficacemente. Questo sistema BPV genera una densità di potenza di 150 mW·m ^-2 in una configurazione di separazione temporale, che è di circa un ordine di grandezza maggiore rispetto ai dispositivi BPV senza mediatore con configurazioni convenzionali.

I ricercatori hanno inoltre dimostrato che questo sistema BPV può funzionare stabilmente per più di 40 giorni con una densità di potenza media di 135 mW·m ^-2 in una configurazione di separazione spazio-temporale con rifornimento medio. Questo rappresenta la maggiore longevità e potenza per dispositivo di qualsiasi sistema BPV riportato fino ad oggi.