Scienziati dell'Università del Massachusetts Amherst hanno sviluppato un dispositivo che utilizza una proteina naturale per creare elettricità dall'umidità dell'aria, una nuova tecnologia, dicono, potrebbe avere implicazioni significative per il futuro delle energie rinnovabili, cambiamento climatico e nel futuro della medicina.

Come riportato oggi in Natura , i laboratori dell'ingegnere elettrico Jun Yao e del microbiologo Derek Lovley di UMass Amherst hanno creato un dispositivo che chiamano "Air-gen". o generatore ad aria, con nanofili proteici elettricamente conduttivi prodotti dal microbo Geobacter. L'Air-gen collega gli elettrodi ai nanofili proteici in modo tale che la corrente elettrica venga generata dal vapore acqueo naturalmente presente nell'atmosfera.

"Stiamo letteralmente facendo elettricità dal nulla, " dice Yao. "L'Air-gen genera energia pulita 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Adorabile, che ha avanzato materiali elettronici basati sulla biologia sostenibile per oltre tre decenni, aggiunge, "È l'applicazione più sorprendente ed entusiasmante dei nanofili proteici finora".

La nuova tecnologia sviluppata nel laboratorio di Yao è non inquinante, rinnovabile e a basso costo. Può generare energia anche in aree con umidità estremamente bassa come il deserto del Sahara. Presenta vantaggi significativi rispetto ad altre forme di energia rinnovabile, tra cui solare ed eolica, Loveley dice, perché a differenza di queste altre fonti di energia rinnovabile, l'Air-gen non richiede luce solare o vento, e "funziona anche all'interno".

Il dispositivo Air-gen richiede solo un sottile film di nanofili proteici di spessore inferiore a 10 micron, spiegano i ricercatori. Il fondo del film poggia su un elettrodo, mentre un elettrodo più piccolo che copre solo una parte del film di nanofili si trova sopra. Il film assorbe il vapore acqueo dall'atmosfera. Una combinazione della conduttività elettrica e della chimica di superficie dei nanofili proteici, accoppiato con i pori fini tra i nanofili all'interno del film, stabilisce le condizioni che generano una corrente elettrica tra i due elettrodi.

I ricercatori affermano che l'attuale generazione di dispositivi Air-gen è in grado di alimentare piccoli dispositivi elettronici, e si aspettano di portare presto l'invenzione su scala commerciale. I prossimi passi che pianificano includono lo sviluppo di una piccola "toppa" Air-gen in grado di alimentare dispositivi indossabili elettronici come monitor per la salute e il fitness e orologi intelligenti, che eliminerebbe la necessità di batterie tradizionali. Sperano anche di sviluppare Air-gens da applicare ai telefoni cellulari per eliminare la ricarica periodica.

Yao dice, "L'obiettivo finale è realizzare sistemi su larga scala. Ad esempio, la tecnologia potrebbe essere incorporata nella pittura murale che potrebbe aiutare ad alimentare la tua casa. O, possiamo sviluppare generatori autonomi alimentati ad aria che forniscono elettricità dalla rete. Una volta arrivati ​​a una scala industriale per la produzione di filo, Mi aspetto pienamente che possiamo realizzare grandi sistemi che daranno un contributo importante alla produzione di energia sostenibile".

Continuando a migliorare le capacità biologiche pratiche di Geobacter, Il laboratorio di Lovley ha recentemente sviluppato un nuovo ceppo microbico per produrre nanofili proteici in serie in modo più rapido ed economico. "Abbiamo trasformato E. coli in una fabbrica di nanofili proteici, " dice. "Con questo nuovo processo scalabile, la fornitura di nanofili proteici non sarà più un collo di bottiglia per lo sviluppo di queste applicazioni".

La scoperta Air-gen riflette un'insolita collaborazione interdisciplinare, dicono. Lovley ha scoperto il microbo Geobacter nel fango del fiume Potomac più di 30 anni fa. Il suo laboratorio in seguito ha scoperto la sua capacità di produrre nanofili proteici elettricamente conduttivi. Prima di venire a UMass Amherst, Yao aveva lavorato per anni all'Università di Harvard, dove ha progettato dispositivi elettronici con nanofili di silicio. Hanno unito le forze per vedere se si potevano realizzare utili dispositivi elettronici con i nanofili proteici raccolti da Geobacter.

Xiaomeng Liu, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Yao, stava sviluppando dispositivi sensori quando ha notato qualcosa di inaspettato. Egli ricorda, "Ho visto che quando i nanofili sono stati contattati con gli elettrodi in un modo specifico, i dispositivi hanno generato una corrente. Ho scoperto che quell'esposizione all'umidità atmosferica era essenziale e che i nanofili proteici assorbivano acqua, producendo un gradiente di tensione attraverso il dispositivo."

Oltre all'Air-gen, Il laboratorio di Yao ha sviluppato diverse altre applicazioni con i nanofili proteici. "Questo è solo l'inizio della nuova era dei dispositivi elettronici a base di proteine", ha detto Yao.