Η επανάσταση της ενέργειας από… βακτήρια ξεκινά στην Κίνα

Καθώς η παγκόσμια ζήτηση για μπαταρίες εκτοξεύεται και οι πρώτες ύλες όπως το λίθιο και το κοβάλτιο σπανίζουν ή εξορύσσονται με βλαβερούς για το περιβάλλον τρόπους, Κινέζοι ερευνητές παρουσιάζουν μια ανατρεπτική εναλλακτική: μπαταρίες που λειτουργούν με ζωντανά βακτήρια.

Επιστήμονες του Shenzhen Institute of Advanced Technology ανέπτυξαν μια βιομπαταρία που δεν απαιτεί εξορύξεις ή τοξικά υλικά. Αντίθετα, βασίζεται σε ηλεκτροδραστικά βακτήρια, μικροοργανισμούς που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με φυσικό τρόπο. Οι μικροσκοπικοί αυτοί οργανισμοί τοποθετούνται μέσα σε υδροτζέλ, ένα μαλακό υλικό που λειτουργεί ως αγώγιμο μέσο αλλά και προστατευτικό περιβάλλον για τα βακτήρια.

Η βιομπαταρία αποτελείται από τρία βασικά μέρη:

• Ένα πήκτωμα (gel) με βακτήρια, το οποίο λειτουργεί ως άνοδος.
• Ένα δεύτερο πήκτωμα με χημική ένωση που λειτουργεί ως κάθοδος.
• Μια ειδική μεμβράνη που επιτρέπει τη ροή ιόντων μεταξύ των δύο.

Τα κυρίως χρησιμοποιούμενα βακτήρια είναι Shewanella oneidensis MR-1, γνωστά για την ικανότητά τους να μεταφέρουν ηλεκτρόνια προς το εξωτερικό τους περιβάλλον. Ο συνδυασμός αυτός, μέσα σε έναν κύλινδρο διαμέτρου 20 χιλιοστών και ύψους 3,2 χιλιοστών, δημιουργεί μια ολοκληρωμένη μονάδα παραγωγής ενέργειας.

Η μικρή ισχύς και οι βιοσυμβατές ιδιότητες της βιομπαταρίας την καθιστούν ιδανική για ιατρικές φορητές συσκευές. Ένα από τα πιο εντυπωσιακά πιθανά σενάρια χρήσης είναι ο βιοηλεκτρικός έλεγχος φυσιολογικών λειτουργιών, όπως η πίεση του αίματος, μέσω στοχευμένης διέγερσης νευρικών κυκλωμάτων. Παράλληλα, συσκευές που ενσωματώνουν αυτές τις βιομπαταρίες θα μπορούν να φορτίζονται αυτόνομα, χωρίς συχνή αντικατάσταση ή χρήση επιβλαβών υλικών.

Η δυνατότητα εκτύπωσης των συσκευών με 3D εκτυπωτές προσφέρει επιπλέον ευελιξία, καθώς επιτρέπει την προσαρμογή της μπαταρίας σε συγκεκριμένες ανάγκες του χρήστη ή της ιατρικής εφαρμογής.

Αν και οι επιδόσεις της βιομπαταρίας σε όρους χωρητικότητας (0,4 mAh/g) και ενεργειακής πυκνότητας (0,008 Wh/L) είναι χαμηλότερες από τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου, η βιομπαταρία πλεονεκτεί σε άλλους τομείς:

• Δεν απαιτεί κρίσιμες πρώτες ύλες, όπως λίθιο ή κοβάλτιο.
• Δεν παράγει τοξικά απόβλητα.
• Διατηρεί βακτηριακή βιωσιμότητα σε ποσοστά άνω του 70% κατά τη λειτουργία και σχεδόν 98% στο τέλος, επιβεβαιώνοντας τη σταθερότητα και αποδοτικότητα του συστήματος.

Οι παραδοσιακές μπαταρίες είναι αναντικατάστατες για μεγάλες ενεργειακές απαιτήσεις, όπως στα ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, οι βιομπαταρίες δεν σχεδιάζονται για να τις αντικαταστήσουν, αλλά για να καλύψουν ειδικές, ευαίσθητες και κρίσιμες ανάγκες, όπου η ασφάλεια και η βιοσυμβατότητα είναι υψίστης σημασίας.

Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο, αλλά το όραμα είναι ξεκάθαρο: ένα μέλλον όπου η ενέργεια θα προέρχεται από ζωντανούς οργανισμούς, χωρίς να βλάπτεται το περιβάλλον ή η υγεία. Η ομάδα ερευνητών αισιοδοξεί ότι με περαιτέρω ανάπτυξη, οι βιομπαταρίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως σε νευροδιεγερτές, εμφυτεύματα, αισθητήρες υγείας και φορετές συσκευές.

Αν και απέχουμε ακόμα από την αντικατάσταση του λιθίου, οι βιομπαταρίες ανοίγουν τον δρόμο για μια βιώσιμη ενεργειακή μετάβαση, βασισμένη σε φυσικές και αυτοτροφοδοτούμενες διεργασίες.

[via]