Οι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να εξάγουν ενέργεια από τον αέρα

Είναι από καιρό γνωστό ότι τα βακτήρια MycobacteriumΤα smegmatis έχουν ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό - είναι σε θέση να μετατρέψουν το υδρογόνο που περιέχεται στον αέρα σε ηλεκτρική ενέργεια. Χάρη σε αυτό, το μικρόβιο μπορεί να επιβιώσει στις πιο σκληρές συνθήκες όπου δεν υπάρχουν άλλες πηγές ενέργειας. Συγκεκριμένα, αυτό το βακτήριο ζει σε έδαφος της Ανταρκτικής, ηφαιστειακούς κρατήρες, βαθιά ωκεανούς κ.λπ. Αυτή η ικανότητα του M. smegmatis ήταν γνωστή στους επιστήμονες εδώ και πολύ καιρό, αλλά τώρα ανακάλυψαν το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για τη μετατροπή του υδρογόνου σε ηλεκτρική ενέργεια, και κατανοήστε πώς λειτουργεί. Αυτό το ένζυμο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον αέρα με την πιο αληθινή έννοια της λέξης.

Το βακτήριο Mycobacterium smegmatis, το οποίο είναι σε θέση να παράγει ηλεκτρισμό από τον αέρα

Πώς τα βακτήρια εξάγουν ενέργεια από τον αέρα

Το Mycobacterium smegmatis σχετίζεται με βακτήρια,που προκαλούν λέπρα και φυματίωση στον άνθρωπο, ωστόσο, σε αντίθεση με τα αντίστοιχα, δεν είναι παθογόνο. Το ένζυμο που βοηθά το M. smegmatis να εξάγει ενέργεια από τον αέρα ονομάζεται Huc. Είναι ακόμα ένα μυστήριο πώς ακριβώς λειτουργεί. Για να το ανακαλύψουν, οι επιστήμονες απομόνωσαν το ένζυμο από μικρόβια χρησιμοποιώντας χρωματογραφία. Αυτή η εργαστηριακή μέθοδος επιτρέπει τον διαχωρισμό των μειγμάτων σε μεμονωμένα συστατικά. Στη συνέχεια μελέτησαν την ατομική δομή του ενζύμου χρησιμοποιώντας κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία.

Περιττό να πούμε, κρυοηλεκτρονική μικροσκοπίαεμφανίστηκε σχετικά πρόσφατα. Το 2017, οι εφευρέτες του έλαβαν το Νόμπελ Χημείας. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι συγγραφείς της εργασίας έστειλαν ηλεκτρόνια σε ένα παγωμένο δείγμα Huc, το οποίο κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της ατομικής δομής του, καθώς και τον εντοπισμό των ηλεκτρικών οδών που χρησιμοποιεί το ένζυμο για τη ροή των ηλεκτρονίων.

Το ένζυμο Huc μπορεί να γίνει πηγή ηλεκτρισμού

Όπως αποδείχθηκε, το ένζυμο περιέχει μια δομή,ονομάζεται «ενεργό κέντρο». Αυτή η δομή περιέχει φορτισμένα ιόντα σιδήρου και νικελίου. Όταν τα μόρια υδρογόνου εισέρχονται στο ενεργό κέντρο, παγιδεύονται ανάμεσα σε δύο μεταλλικά ιόντα, όπου χάνουν τα ηλεκτρόνια τους. Αυτά τα ηλεκτρόνια που «βγαίνουν» από το υδρογόνο κατευθύνονται από ένα ρεύμα από το κέντρο προς το κέλυφος του ενζύμου, δηλαδή προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό αναφέρεται σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature. Όπως εξηγούν οι επιστήμονες, τα ηλεκτρόνια που απορροφώνται από τα ιόντα του ενεργού κέντρου, συμπεριλαμβανομένου του ιόντος νικελίου, μεταφέρονται στην επιφάνεια του ενζύμου με ένα μοριακό σύρμα, το οποίο είναι ένα σύμπλεγμα ιόντων σιδήρου και θείου.

Είναι δυνατή η εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον αέρα;

Εάν συνδέσετε ένα ηλεκτρόδιο στην επιφάνεια Huc, μπορείτεαποκτήσετε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα και έτσι παράγετε ηλεκτρική ενέργεια. Πόσο ρεαλιστικό είναι όμως αυτό στην πράξη; Μελέτες έχουν δείξει ότι το ένζυμο μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, είναι ανθεκτικό σε διάφορες περιβαλλοντικές επιδράσεις. Συγκεκριμένα, αντέχει σε θέρμανση έως 80 βαθμούς Κελσίου και παγετό.

Το ένζυμο Huc μετατρέπει το υδρογόνο σε ηλεκτρική ενέργεια

Για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρειάζεται ένα ένζυμουδρογόνο σε μικρές ποσότητες. Δηλαδή στον αέρα που αναπνέουμε υπάρχει αρκετό υδρογόνο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Δεδομένων όλων αυτών των ιδιοτήτων, καθώς και του γεγονότος ότι τα βακτήρια αναπτύσσονται εύκολα και γρήγορα και ζουν παντού, το Huc θα μπορούσε να είναι μια ιδανική πηγή ενέργειας.

Φυσικά, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε τέτοιακλίμακα, έτσι ώστε να μπορείτε να τροφοδοτήσετε ολόκληρη την πόλη, ή τουλάχιστον ένα σπίτι, είναι απίθανο να πετύχει. Ωστόσο, τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία βιολογικών μπαταριών για gadget που δεν χρειάζονται φορτιστές. Η μπαταρία που βασίζεται στο Huc θα "φορτιστεί" με αέρα και επομένως δεν θα αποφορτιστεί.

Ακολουθήστε αυτόν τον σύνδεσμο τώρα για να εγγραφείτε στο ΚΑΝΑΛΙ YANDEX.ZEN. Εδώ θα βρείτε πολλά ενδιαφέροντα υλικά που έχουν ετοιμάσει για εσάς οι συντάκτες μας.

Ωστόσο, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια ενδιαφέρουσα ιδιότηταένζυμο - όσο περισσότερο υδρογόνο παίρνει, τόσο περισσότερο ηλεκτρισμό παράγει. Αυτό σημαίνει ότι το καθαρό υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κυψέλη καυσίμου. Σε αυτή την περίπτωση, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να είναι αρκετή όχι μόνο για την τροφοδοσία έξυπνων ρολογιών, smartphone ή φορητών υπολογιστών, αλλά και ηλεκτρικών οχημάτων.

Τέλος, υπενθυμίζουμε ότι πρόσφατα επιστήμονεςκατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα έγκατα της Γης περιέχουν μεγάλη ποσότητα φυσικού υδρογόνου που μπορεί να ανανεωθεί. Το φθηνό υδρογόνο και η ηλεκτρική ενέργεια «από τον αέρα», αν και σε περιορισμένη κλίμακα, μπορούν πραγματικά να οδηγήσουν σε επανάσταση στον ενεργειακό τομέα. Επιπλέον, οι επιστήμονες κατάφεραν να επιτύχουν ορισμένα θετικά αποτελέσματα στον τομέα της θερμοπυρηνικής ενέργειας, στο οποίο ορισμένοι επιστήμονες έχουν επίσης μεγάλες ελπίδες.