(Phys.org) —Un nuovo tipo di generatore elettrico utilizza spore batteriche per sfruttare la potenza non sfruttata dell'acqua evaporante, secondo una ricerca condotta presso il Wyss Institute of Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard. I suoi sviluppatori prevedono generatori elettrici guidati dai cambiamenti di umidità provenienti da stagni e porti riscaldati dal sole.

I prototipi di generatori funzionano sfruttando il movimento di un foglio di gomma rivestito su un lato di spore. Il foglio si piega quando si asciuga, proprio come una pigna si apre mentre si asciuga o una foglia appena caduta si arriccia, e poi si raddrizza quando l'umidità sale. Tale piegamento avanti e indietro significa che fogli sporchi o piccole tavole possono agire come attuatori che guidano il movimento, e quel movimento può essere raccolto per generare elettricità.

"Se questa tecnologia viene sviluppata completamente, ha un finale molto promettente, " disse Ozgur Sahin, che ha condotto lo studio, prima al Rowland Institute di Harvard, più tardi al Wyss Institute, e più recentemente alla Columbia University, dove ora è professore associato di scienze biologiche e fisica. Sahin ha collaborato con il membro della facoltà principale del Wyss Institute L. Mahadevan, che è anche il professore di matematica applicata Lola England de Valpine, biologia organismica ed evolutiva, e fisica presso la School of Engineering and Applied Sciences dell'Università di Harvard, e Adam Driks, professore di microbiologia e immunologia alla Loyola University Chicago Stritch School of Medicine. I ricercatori hanno riferito il loro lavoro ieri in Nanotecnologia della natura .

L'evaporazione dell'acqua è la più grande fonte di energia in natura, ha detto Sahin. "La luce del sole colpisce l'oceano, lo scalda, e l'energia deve lasciare l'oceano attraverso l'evaporazione, " ha spiegato. "Se pensi a tutto il ghiaccio in cima al Monte Everest - chi ha portato questa enorme quantità di materiale lassù? C'è energia nell'evaporazione, ma è così sottile che non lo vediamo."

Ma fino ad ora nessuno ha sfruttato quell'energia per generare elettricità.

Mentre Sahin perseguiva l'idea di un nuovo generatore guidato dall'umidità, si rese conto che Mahadevan stava indagando su problemi simili da una prospettiva fisica. Nello specifico, aveva caratterizzato come l'umidità deforma i materiali, compresi materiali biologici come pigne, foglie e fiori, così come materiali artificiali come un foglio di carta velina che giace in un piatto d'acqua.

Sahin ha collaborato con Mahadevan e Driks su uno di questi studi. Un batterio del suolo chiamato Bacillus subtilis si raggrinzisce mentre si secca come un chicco d'uva che diventa uva passa, formando un duro, spora dormiente. I risultati, che hanno riportato nel 2012 nel Journal of the Royal Society Interface , spiegato perché.

A differenza dell'uvetta, che non può trasformarsi in uva, le spore possono assumere acqua e tornare quasi immediatamente alla loro forma originale. Sahin si rese conto che poiché si restringono in modo reversibile, dovevano immagazzinare energia. Infatti, le spore sarebbero particolarmente adatte a immagazzinare energia perché sono rigide, eppure si espandono e si contraggono ancora molto, i ricercatori hanno previsto.

"Poiché il cambiamento dei livelli di umidità deforma queste spore, ne consegue che i dispositivi contenenti questi materiali dovrebbero essere in grado di muoversi in risposta ai cambiamenti dei livelli di umidità, " Ha detto Mahadevan. "Ora Ozgur ha mostrato molto bene come questo potrebbe essere usato praticamente".

Quando Sahin iniziò a misurare l'energia delle spore, fu colto di sorpresa.

Ha messo una soluzione densa di spore su un minuscolo, tavola flessibile del silicone, aspettandosi di misurare la forza guidata dall'umidità in un microscopio a forza atomica personalizzato. Ma prima che potesse inserire l'asse, lo vide curvarsi e raddrizzarsi ad occhio nudo. La sua inspirazione ed espirazione aveva cambiato leggermente l'umidità, e le spore avevano risposto.

"Ho capito allora che questo era estremamente potente, "Ha detto Sahin.

Infatti, semplicemente aumentando l'umidità da quella di un asciutto, giornata di sole a un umido, nebbioso ha permesso il flessibile, tavola rivestita di spore per generare 1000 volte più forza del muscolo umano, e almeno 10 volte tanto quanto gli altri ingegneri dei materiali attualmente usano per costruire attuatori, Sahin scoperto. Infatti, inumidire mezzo chilo di spore secche genererebbe una forza sufficiente per sollevare un'auto a un metro da terra.

Per costruire un tale attuatore, Sahin ha testato la qualità dei materiali ricoperti di spore come il silicio, gomma, plastica, e nastro adesivo immagazzinato energia, stabilendosi sulla gomma come il materiale più promettente.

Quindi ha costruito un semplice generatore di umidità con LegosTM, un ventaglio in miniatura, un magnete e un cantilever rivestito di spore. Poiché il cantilever si ribalta avanti e indietro in risposta all'umidità, aziona un magnete rotante che produce elettricità.

Il prototipo di Sahin cattura solo una piccola percentuale dell'energia rilasciata dall'evaporazione, ma potrebbe essere migliorato modificando geneticamente le spore per renderle più rigide ed elastiche. Infatti, nei primi esperimenti, le spore di un ceppo mutante fornite da Driks immagazzinavano il doppio dell'energia dei ceppi normali.

"L'energia solare ed eolica fluttua notevolmente quando il sole non splende o il vento non soffia, e non abbiamo un buon modo per immagazzinarlo a sufficienza per rifornire la rete a lungo, ", ha affermato il direttore fondatore del Wyss Institute Don Ingber, M.D., dottorato di ricerca "Se i cambiamenti di umidità potessero essere sfruttati per generare elettricità notte e giorno utilizzando una versione ingrandita di questo nuovo generatore, potrebbe fornire al mondo una nuova fonte di energia rinnovabile disperatamente necessaria".

Per ulteriori informazioni sul potenziale di questo attuatore e generatore contenente spore, guarda questa breve animazione: