Біобатарея, яку потрібно підгодовувати, а не заряджати: у Швейцарії винайшли «живий акумулятор» на основі грибків

Фахівці зі Швейцарської федеральної лабораторії матеріалознавства та технології (EMPA) винайшли «живий акумулятор» на основі грибків. 3D-друкована біорозкладна грибкова батарея потребує радше підгодовування, ніж заряджання. Новинка може живити датчики для сільського господарства чи досліджень у віддалених регіонах. Після завершення роботи вона перетравлює себе зсередини. Про це розповідає ScienceDaily.

Гриби викликають захват. Це царство життя — більш споріднене з тваринами, ніж із рослинами — напрочуд різноманітне. Тут можна знайти все: від їстівних грибів до плісняви, від одноклітинного життя до найбільшого організму на Землі, від хвороботворних патогенів до супергероїв, які виробляють ліки. Тепер дослідники Empa витягли з грибів ще одну здатність: виробляти електроенергію.

В рамках трирічного дослідницького проекту, підтриманого Фондом Геберта Рюфа в рамках його програми фінансування мікробів, дослідники з лабораторії целюлози та деревних матеріалів Empa розробили функціонуючу грибкову батарею. Живі клітини виробляють не дуже багато електроенергії — але достатньо, щоб живити датчик температури протягом декількох днів. Такі датчики використовуються в сільському господарстві або в екологічних дослідженнях. Найбільша перевага грибкової батареї — те, що, на відміну від звичайних батарейок, вона не тільки абсолютно нетоксична, а й біологічно розкладається.

Насправді це не зовсім батарея, а так званий мікробний паливний елемент. Як і всі живі істоти, мікроорганізми перетворюють поживні речовини на енергію. Мікробні паливні елементи використовують цей метаболізм і захоплюють частину енергії у вигляді електрики. Досі вони працювали переважно на бактеріях.

«Вперше ми об'єднали два типи грибів, аби створити функціонуючий паливний елемент», — каже дослідниця Empa Кароліна Реєс. Метаболізм двох видів грибів доповнює один одного: на аноді розташований дріжджовий грибок, метаболізм якого вивільняє електрони. Катод заселений грибком білої гнилі, який виробляє спеціальний фермент, що дозволяє захоплювати електрони та виводити їх із клітини.

Гриби не «висаджуються» в батарею, а є її невід'ємною частиною з самого початку. Компоненти грибкової батареї виготовлені за допомогою 3D-друку. Це дозволяє дослідникам структурувати електроди таким чином, аби мікроорганізми могли якомога легше отримати доступ до поживних речовин. Для цього грибкові клітини змішують з друкарською фарбою. Хоча це легше сказати, ніж зробити.

«Досить складно знайти матеріал, в якому гриби добре ростуть. Але чорнило також має легко екструдуватися, не вбиваючи клітини — і, звісно, ми хочемо, щоб воно було електропровідним і біологічно розкладалося», — каже Густав Ністрем, керівник лабораторії целюлози та деревних матеріалів.

Завдяки великому досвіду лабораторії у 3D-друку м'яких біоматеріалів дослідники змогли створити відповідне чорнило на основі целюлози. Грибкові клітини можуть навіть використовувати целюлозу як поживну речовину і таким чином допомагати розщеплювати батарею після використання. Однак їхнім улюбленим джерелом поживних речовин є прості цукри, які додаються до елементів батареї.

«Ви можете зберігати грибкові батареї у висушеному стані й активувати їх на місці, просто додавши воду та поживні речовини», — каже Реєс.

Хоча міцні гриби витримують такі сухі фази, робота з живими матеріалами поставила перед дослідниками низку викликів. Міждисциплінарний проект поєднує мікробіологію, матеріалознавство й електротехніку. Для того, щоб охарактеризувати грибкові батареї, досвідченому мікробіологу Реєсу довелося не лише вивчити методи електрохімії, а й адаптувати їх до чорнила для 3D-друку.

Тепер дослідники планують зробити грибкову батарею потужнішою та довговічнішою — і шукати інші види грибів, які би підходили для постачання електроенергії.

«Гриби все ще недостатньо досліджені і недостатньо використовуються, особливо в галузі матеріалознавства», — погоджуються Реєс і Ністрьом.

Більше новин читайте на GreenPost.