彼らはそれを30年以上前にポトマック川の泥だらけの土手で見つけました：誰もバクテリアから予想していなかったことをすることができる奇妙な「堆積生物」。
ゲオバクター属に属するこの珍しい微生物は、酸素の非存在下でマグネタイトを生成する能力で知られていましたが、時間の経過とともに、科学者は、電気を伝導するバクテリアナノワイヤーなどの他のものを作成できることを発見しました。
何年もの間、研究者はこの自然の贈り物をうまく利用する方法を見つけようとしました、そして今年彼らは彼らがAir-genと呼ぶ装置を発表しました。 チームによると、彼らのデバイスは…まあ、ほとんど何もないところから電気を作り出すことができます。
「私たちは文字通り薄い空気から電気を作ります」とマサチューセッツ大学アマースト校の電気技師ジュン・ヤオは2月に言いました。 Air-genは24時間クリーンなエネルギーを生成します。
この主張は誇張のように聞こえるかもしれませんが、八尾と彼のチームによる最近の研究では、空気を動力源とする発電機は周囲に空気がある場合にのみ発電できると説明しています。 これはすべて、Geobacter(この場合はG. serreducens)によって製造された導電性タンパク質ナノワイヤーのおかげです。
Air-genは、2つの電極の間に挟まれた、厚さわずか7マイクロメートルのタンパク質ナノワイヤーの薄膜で構成されています。
ナノワイヤーフィルムは、大気中に存在する水蒸気を吸着することができ、デバイスが2つの電極間に伝導される連続電流を生成することを可能にします。
科学者たちは、電荷はナノワイヤー材料内のプロトンを拡散させる水分勾配によって生成されると述べています。
「この電荷拡散は、生物系の静止膜電位と同様の平衡電界または電位を引き起こすと予想されます」と著者らは彼らの研究で説明しています。
「以前のシステムで見られたものとは根本的に異なる持続的な水分勾配は、当社のナノワイヤーデバイスからの連続出力電圧を説明しています。」
八尾が実験している装置がそれ自体で電気を伝導しているように見えることに気づいたとき、発見はほとんど偶然に行われました。
「ナノワイヤーが特定の方法で電極と接触しているとき、それらが電流を生成するのを見ました」と八尾は言いました。
「大気中の湿度にさらすことが重要であり、プロテインナノワイヤーが水を吸収して応力勾配を作り出すことがわかりました。」
以前の研究では、水力発電はグラフェンなどの他のタイプのナノ材料を使用して生成されることが示されていますが、これらの試みはほとんどの場合、わずか数秒続く短いパルスの電気しか生成しませんでした。
対照的に、Air-genは、1平方センチメートルあたり約17マイクロアンペアの電流で約0.5 VDCを生成します。
電力はそれほど多くありませんが、チームは、複数のデバイスを接続することで、スマートフォンやその他のパーソナル電子機器などの小型デバイスを充電するのに十分な電力を生成できると述べました。 サハラ砂漠のような地域)。
「究極の目標は大規模なシステムを構築することです」と八尾氏は述べ、緊急に必要な場合、この技術を使用して、壁の塗装にナノワイヤーを埋め込んだ家に電力を供給することができると説明しました。
「工業規模のワイヤー生産に移行すれば、持続可能なエネルギー生産に大きく貢献する大規模なシステムを作成できることを完全に期待しています。」
1980年代にGeobacter微生物を最初に特定した同僚の微生物学者DerekLovleyによる関連研究は、これに役立つ可能性があります。E。coliなどの他の微生物を遺伝子操作して、同じトリックを大規模に実行します。
「私たちはE.coliをプロテインナノワイヤーファクトリーに変えました」とLovliは言いました。
結果はNatureに報告されています。
出典：写真：(UMass Amherst / Yao and Lovley labs / Ella Maru Studio)
