Создана самоподдерживаемая батарейка, основанная на энергии бактерий

Исследователи достигли нового уровня в разработке микробиологических батареек, разработав первую в мире самоподдерживаемую микроскопическую батарейку, которая работает 13 полных дней за счет симбиотических взаимодействий двух типов бактерий. Cамоподдерживаемая бактериальная батарейка может стать источником энергии будущего, заменив масло, уголь или солнечную энергию. Исследователи Университета Binghamton (Национальный Университет Нью-Йорка) разработали самоподдерживаемую бактериальную батарейку. Bacteria energy «Концепция получения электричества за счет синергетической кооперации не является новой. Несмотря на это большая часть работы до сих пор находится на ранней стадии проработки», - говорит доцент Университета Seokheun Choi, являющийся одним из соавторов статьи «Самоподдерживающая солнечная биоэлектрическая генерация в микроскопической микробной батарейке с использованием гетеротрофных и фотосинтетических бактерий». «Развитие этой технологии потребует дополнительных исследований, но мы впервые реализовали концептуальную идею в микроскопическом устройстве», - говорит Choi.

В батарейке, вмещающей около 1/50 чайной ложки (90 микролитров), исследователи разместили смешанную культуру фототрофных и гетеротрофных бактерий. Фототрофные бактерии используют солнечный свет (углекислый газ) и воду для производства собственной энергии, в то время как гетеротрофные бактерии должны «питаться» производимыми органическими материалами или фототрофными бактериями для выживания. Пока батарейка находится на солнце, определенная порция «пищи» попадает в камеру для стимулирования роста гетеротрофных бактерий. Через клеточное дыхание гетеротрофные бактерии производят углекислый газ, который используется фототрофными бактериями для запуска следующего симбиотического цикла (аналогичную ситуацию можно наблюдать на лугу, когда для роста травы она получает энергию солнца и воду, а коровы уже поглощают траву для производства внутренней энергии).

После того, как цикл был установлен, исследователи прекращали подачу дополнительной «пищи» гетеротрофным бактериям. В результате получалось достаточное количество фототрофных бактерий для поддержания метаболических процессов гетеротрофных бактерий. Эти метаболические процессы генерировали электрический ток – 8 микроампер на 1 квадратный сантиметр батарейки в течение 13 дней. Полученная энергия была в 70 раз больше, чем энергия, производимая фототрофными бактериями в одиночку.

«Батарейки, основанные на использовании гетеротрофных бактерий, генерируют более высокую энергию, в то время как фотосинтетические микробные батарейки обеспечивают самоподдерживаемость. К настоящему времени это является наилучшим из двух миров», - говорит Choi.

Открытие является многообещающим, но это только первый шаг в разработке энергии, генерируемой бактериями. В общем, миниатюрные размеры батареек позволяют добиться маленького времени запуска и маленького электрического сопротивления. Однако, например обычный 42” телевизор высокой четкости при функционировании потребляет ток 500 миллиампер. Такой ток может быть обеспечен примерно 62 500 батарейками, участвовавшими в эксперименте. В реальности, эти батарейки могут быть использованы для обеспечения энергией в удаленных или опасных местах для слаботочных устройств, например мониторов здоровья или инфраструктурных диагностических датчиков.

«Существует несколько проблем применения этого метода», - говорит Choi. «Балансировка роста обоих видов бактерий для максимизации производительности устройства и необходимость подтверждения того, что эта замкнутая система будет постоянно генерировать энергию без внешней поддержки – вот две проблемы, которые нам удалось обнаружить. Для их решения нужно проводить дальнейшие исследования».

Данная работа является последней в серии работ Choi, посвященных бактериязависимой и основанной на микробах энергии. Прошлой весной исследователи впервые соединили 9 биологических солнечных батарей в рабочую биосолнечную панель. Бактерия, применявшаяся в том эксперименте, была фототрофической. Полученная биосолнечная панель генерировала наибольшее количество мощности среди существующих микроскопических батарей – 5.59 микроватта.

Назад

Не менее интересно