Lo hanno trovato sepolto nelle sponde fangose del fiume Potomac più di tre decenni fa: uno strano “organismo sedimentario” che poteva fare cose che nessuno aveva mai visto prima nei batteri. Questo insolito microbo, appartenente al genere Geobacter , è stato notato per la prima volta per la sua capacità di produrre magnetite in assenza di ossigeno, ma con il tempo gli scienziati hanno scoperto che poteva fare anche altre cose, come i nanofili batterici che conducono l’elettricità. Per anni, i ricercatori hanno cercato di trovare modi per sfruttare utilmente quel dono naturale, e quest’anno avrebbero potuto fare qualcosa di grandioso con un dispositivo che chiamano Air-gen. Secondo il team, il loro dispositivo può creare elettricità senza risorse:
“Stiamo letteralmente producendo elettricità dal nulla”, ha detto l’ingegnere elettrico Jun Yao dell’Università del Massachusetts ad Amherst a febbraio. “L’Air-gen genera energia pulita 24/7”. L’affermazione può sembrare un’esagerazione, ma un recente studio di Yao e del suo team descrive come il generatore ad aria può effettivamente creare elettricità con nient’altro che la presenza di aria attorno ad esso. Tutto grazie ai nanofili proteici elettricamente conduttivi prodotti da Geobacter ( G. sulfurreducens , in questo caso). L’Air-gen è costituito da un sottile film di nanofili proteici di soli 7 micrometri di spessore, posizionato tra due elettrodi, ma anche esposto all’aria. A causa di tale esposizione, il film di nanofili è in grado di assorbire il vapore acqueo presente nell’atmosfera, consentendo al dispositivo di generare una corrente elettrica continua condotta tra i due elettrodi:
Il team ha affermato che la carica è probabilmente creata da un gradiente di umidità che crea una diffusione di protoni nel materiale nanofilo. “Si prevede che questa diffusione della carica induca un campo elettrico controbilanciato o un potenziale analogo al potenziale di membrana a riposo nei sistemi biologici”, hanno spiegato gli autori nel loro studio . “Un gradiente di umidità mantenuto, che è fondamentalmente diverso da qualsiasi cosa vista nei sistemi precedenti, spiega la continua tensione in uscita dal nostro dispositivo a nanofili.” La scoperta è stata fatta quasi per caso, quando Yao ha notato che i dispositivi con cui stava sperimentando stavano conducendo elettricità apparentemente da soli.“Ho visto che quando i nanofili venivano contattati con elettrodi in un modo specifico i dispositivi generavano una corrente”, ha detto Yao . “Ho scoperto che l’esposizione all’umidità atmosferica era essenziale e che i nanofili proteici assorbivano l’acqua, producendo un gradiente di tensione attraverso il dispositivo.”
Ricerche precedenti hanno dimostrato la generazione di energia idrovoltaica utilizzando altri tipi di nanomateriali – come il grafene – ma quei tentativi hanno prodotto in gran parte solo brevi scariche di elettricità, durando forse solo pochi secondi. Al contrario, Air-gen produce una tensione sostenuta di circa 0,5 volt, con una densità di corrente di circa 17 microamperes per centimetro quadrato. Non è molta energia, ma il team ha affermato che il collegamento di più dispositivi potrebbe generare energia sufficiente per caricare piccoli dispositivi come smartphone e altri dispositivi elettronici personali, il tutto senza sprechi e utilizzando solo l’umidità ambientale (anche in regioni asciutte come il deserto del Sahara) . “L’obiettivo finale è realizzare sistemi su larga scala”, ha detto Yao , spiegando che gli sforzi futuri potrebbero utilizzare la tecnologia per alimentare le case tramite nanofili incorporati nella pittura murale.
“Una volta raggiunta la scala industriale per la produzione di filo, mi aspetto pienamente che possiamo realizzare sistemi di grandi dimensioni che offriranno un contributo importante alla produzione di energia sostenibile”. Se c’è un ostacolo alla realizzazione di questo potenziale apparentemente incredibile, è la quantità limitata di nanofili prodotti da G. sulfurreducens . La ricerca correlata di uno dei membri del team – il microbiologo Derek Lovley, che ha identificato per la prima volta i microbi Geobacter negli anni ’80 – potrebbe avere una soluzione: ingegnerizzare geneticamente altri bug, come E. coli , per eseguire lo stesso trucco in enormi forniture. “Abbiamo trasformato E. coli in una fabbrica di nanofili proteici”, ha dichiarato Lovley . “Con questo nuovo processo scalabile, la fornitura di nanofili proteici non costituirà più un collo di bottiglia nello sviluppo di queste applicazioni“. I risultati sono riportati in Nature
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