Биобатарея, которую нужно подкармливать, а не подзаряжать: в Швейцарии изобрели «живой аккумулятор» на основе грибков

Специалисты из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) изобрели "живой аккумулятор" на основе грибков. 3D-печатная биоразлагаемая грибковая батарея требует скорее подкормки, чем зарядки. Новинка может питать датчики для сельского хозяйства или исследований в отдаленных регионах. После завершения работы она переваривает себя изнутри. Об этом рассказывает ScienceDaily.

Грибы вызывают восторг. Это царство жизни - более родственное с животными, чем с растениями - удивительно разнообразное. Здесь можно найти все: от съедобных грибов до плесени, от одноклеточной жизни до самого большого организма на Земле, от болезнетворных патогенов до супергероев, которые производят лекарства. Теперь исследователи Empa извлекли из грибов еще одну способность: вырабатывать электроэнергию.

В рамках трехлетнего исследовательского проекта, поддержанного Фондом Геберта Рюфа в рамках его программы финансирования микробов, исследователи из лаборатории целлюлозы и древесных материалов Empa разработали функционирующую грибковую батарею. Живые клетки производят не очень много электроэнергии - но достаточно, чтобы питать датчик температуры в течение нескольких дней. Такие датчики используются в сельском хозяйстве или в экологических исследованиях. Самое большое преимущество грибковой батареи - то, что, в отличие от обычных батареек, она не только абсолютно нетоксична, но и биологически разлагается.

На самом деле это не совсем батарея, а так называемый микробный топливный элемент. Как и все живые существа, микроорганизмы превращают питательные вещества в энергию. Микробные топливные элементы используют этот метаболизм и захватывают часть энергии в виде электричества. До сих пор они работали преимущественно на бактериях.

"Впервые мы объединили два типа грибов, чтобы создать функционирующий топливный элемент", — говорит исследовательница Empa Каролина Рейес. Метаболизм двух видов грибов дополняет друг друга: на аноде расположен дрожжевой грибок, метаболизм которого высвобождает электроны. Катод заселен грибком белой гнили, который вырабатывает специальный фермент, позволяющий захватывать электроны и выводить их из клетки.

Грибы не "высаживаются" в батарею, а являются ее неотъемлемой частью с самого начала. Компоненты грибковой батареи изготовлены с помощью 3D-печати. Это позволяет исследователям структурировать электроды таким образом, чтобы микроорганизмы могли как можно легче получить доступ к питательным веществам. Для этого грибковые клетки смешивают с печатной краской. Хотя это легче сказать, чем сделать.

"Довольно сложно найти материал, в котором грибы хорошо растут. Но чернила также должны легко экструдироваться, не убивая клетки - и, конечно, мы хотим, чтобы они были электропроводящими и биологически разлагались", — говорит Густав Нистрем, руководитель лаборатории целлюлозы и древесных материалов.

Благодаря большому опыту лаборатории в 3D-печати мягких биоматериалов исследователи смогли создать соответствующие чернила на основе целлюлозы. Грибковые клетки могут даже использовать целлюлозу как питательное вещество и таким образом помогать расщеплять батарею после использования. Однако их любимым источником питательных веществ являются простые сахара, которые добавляются к элементам батареи.

"Вы можете хранить грибковые батареи в высушенном состоянии и активировать их на месте, просто добавив воду и питательные вещества", — говорит Рейес.

Хотя крепкие грибы выдерживают такие сухие фазы, работа с живыми материалами поставила перед исследователями ряд вызовов. Междисциплинарный проект объединяет микробиологию, материаловедение и электротехнику. Для того, чтобы охарактеризовать грибковые батареи, опытному микробиологу Реесу пришлось не только изучить методы электрохимии, но и адаптировать их к чернилам для 3D-печати.

Теперь исследователи планируют сделать грибковую батарею мощнее и долговечнее - и искать другие виды грибов, которые бы подходили для поставки электроэнергии.

"Грибы все еще недостаточно исследованы и недостаточно используются, особенно в области материаловедения", — соглашаются Рейес и Нистрём.

Больше новостей читайте на GreenPost.