I minuscoli grattacieli dei batteri trasformano la luce in elettricità

I minuscoli grattacieli dei batteri trasformano la luce in elettricità

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Un tipo molto speciale di batteri è stato “ripopolato” con grande clamore. I ricercatori dell’Università di Cambridge gli hanno progettato dei piccoli “grattacieli”, che gli consentono di generare elettricità dalla luce solare e dall’acqua.

Gli scienziati hanno già stampato reti 3D di “nano-dimore” in quota, su scala batterica. Queste strutture sono state create in nanoparticelle di ossido di indio-stagno e consentono ai loro abitanti di svilupparvi rapidamente una colonia. Tuttavia, questo “alloggio” non è gratuito! Questi minuscoli “grattacieli” sono in realtà degli elettrodi, poiché i ricercatori ipotizzano che i batteri che vivono lì producono energia che gli esseri umani possono utilizzare.

In effetti, è un tipo specifico di batteri che questa innovazione prende di mira: i cianobatteri o batteri fotosintetici. secondo Definizione di ANSESI cianobatteri sono microrganismi che esistono sulla Terra da due a tre miliardi di anni. Si trovano in tutto il mondo, nelle piante, nell’acqua, ma anche nella sabbia, costituiscono il nostro pianeta. (…) Quando le condizioni ambientali – temperatura, nutrienti – sono loro favorevoli, possono moltiplicarsi in modo significativo e rapido, a volte in pochi giorni. “.

Questo è anche ciò che rende questi batteri, quando si sviluppano molto nell’acqua, possono emanare questo colore verde e questi cattivi odori alquanto sottovalutati … Capirai che i cianobatteri non sono che una risorsa scarsa. È questa estensione associata a una delle loro proprietà che li rende così interessanti per gli scienziati. Hanno infatti la particolarità di poter condurre la fotosintesi e la produzione in modo naturale Elettroni come “rifiuto”.

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Quindi la teoria sembra piuttosto semplice: basta “connettere” questi batteri agli elettrodi per recuperare l’energia naturale dalla fotosintesi. Tuttavia, molti scienziati l’hanno provato senza risultati sfruttabili, come hanno spiegato i ricercatori affermazione Dall’Università di Cambridge: C’è stato un collo di bottiglia nella quantità di energia che puoi effettivamente estrarre dai sistemi fotosintetici, ma nessuno ha capito dove si trovi. Spiega Jenny Zhang del Dipartimento di Chimica Youssef Hamid, che ha guidato la ricerca. ” La maggior parte degli scienziati pensava che fosse sul lato biologico, nei batteri, ma abbiamo scoperto che il collo di bottiglia è in realtà piuttosto grande sul lato hardware. “.

“Piccola città” per far vivere i batteri nella comunità

Infatti, a seconda di come sono installati i batteri, sembra che possiamo recuperare più o meno energia elettrica. Ci sono diverse limitazioni che entrano in gioco, per recuperare l’energia prodotta, i batteri devono essere collegati agli elettrodi. D’altra parte, per produrre molta energia, devono essere in un posto molto luminoso, come la superficie di un lago in estate. Questi batteri vivono anche in una “comunità” e quindi non dovrebbero essere isolati molto.

Pertanto, tenendo conto di tutti questi parametri, il team di ricercatori ha progettato una nanostruttura composta da elettrodi che formano pilastri molto piccoli adattati allo stile di vita dei batteri. Per questo hanno sviluppato un metodo di stampa 3D in grado di controllare molte scale di lunghezza, rendendo le strutture altamente personalizzabili.

a) Diagramma schematico di una cella fotoelettrochimica che produce elettricità bio-solare utilizzando biofilm fotovoltaici come fotocatalizzatori. Il flusso di elettroni dalla fotoossidazione dell’acqua viene raccolto all’anodo e trasferito al catodo, riducendo l’ossigeno in nanoparticelle di H2O. b) Diagramma schematico dell’interfaccia cianobatterica e dell’anodo. La luce viene raccolta dal fotosistema II (PSII), che viene utilizzato per ossidare l’acqua, liberando elettroni, O2 e H+. Gli elettroni vengono trasferiti tramite la catena di trasporto dei fotoelettroni al fotosistema I (PSI), che pompa l’energia luminosa assorbita agli elettroni. © Jenny Zhang et al/Università di Cambridge

Gli elettrodi hanno eccellenti proprietà di gestione della luce, come un appartamento a molti piani con molte finestre “spiega Jenny Zhang, confrontando i grattacieli.” I cianobatteri hanno bisogno di qualcosa con cui possono associarsi e formare una comunità con i loro vicini. I nostri elettrodi consentono l’equilibrio tra una grande superficie e molta luce, come un grattacielo di vetro La struttura finale può anche essere paragonata a una città in miniatura composta da grattacieli.

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Una volta installati in questo modo, i batteri si sono rivelati produttivi e i ricercatori sono stati anche in grado di monitorare da vicino come cambia la luce, al fine di migliorarne la raccolta. ” Il nostro approccio ci consente di sfruttare il percorso di conversione dell’energia in una fase iniziale, aiutandoci a capire come avviene la conversione dell’energia in modo da poter utilizzare i loro percorsi naturali per produrre combustibili rinnovabili. Dicono.

Pertanto, il recupero energetico ha raggiunto un livello di efficienza che può renderlo utilizzabile tra le altre forme di energia rinnovabile. I ricercatori affermano addirittura che il metodo è più efficace di alcune delle tecniche biotecnologiche attualmente in uso, in particolare nella produzione di biocarburanti. “ Il nostro approccio è un passo avanti verso la realizzazione di dispositivi a energia rinnovabile più sostenibili per il futuro “Così Jenny ha accolto Chang. Tuttavia, lo studio identifica che le nanostrutture sono costituite da indio-stagno, un materiale noto per essere raro e non rinnovabile.

fonte: materiali della natura

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