Gli scienziati dell’Università del Massachusetts Amherst hanno sviluppato un dispositivo che utilizza una proteina naturale per creare elettricità dall’umidità nell’aria, una nuova tecnologia che secondo loro potrebbe avere implicazioni significative per il futuro delle energie rinnovabili, dei cambiamenti climatici e del futuro della medicina.
Come riportato oggi su Nature, i laboratori dell’ingegnere elettrico Jun Yao e del microbiologo Derek Lovley presso UMass Amherst hanno creato un dispositivo che chiamano “Air-gen“, o generatore ad aria. Il dispositivo è creato da nanofili proteici elettricamente conduttivi prodotti dal microbo Geobacter. L’Air-gen collega gli elettrodi ai nanofili proteici in modo tale che la corrente elettrica sia generata dal vapore acqueo naturalmente presente nell’atmosfera.
“Stiamo letteralmente ricavando elettricità dal nulla“, afferma Yao. “L’Air-gen genera energia pulita 24 ore su 24, 7 giorni su 7.” Lovely, che ha studiato materiali elettronici basati sulla biologia sostenibile per oltre tre decenni, aggiunge: “È l’applicazione più sorprendente ed eccitante mai realizzata di nanofili proteici”.
La nuova tecnologia sviluppata nel laboratorio di Yao è non inquinante, è rinnovabile ed è a basso costo. Può generare energia anche in aree con umidità estremamente bassa come il deserto del Sahara. Ha vantaggi significativi rispetto ad altre forme di energia rinnovabile, inclusi solare ed eolico, afferma Lovley, perché a differenza di queste altre fonti di energia rinnovabile, l’Air-gen non richiede luce solare o vento e “funziona anche all’interno“.
Il dispositivo Air-gen richiede solo un sottile film di nanofili proteici con uno spessore inferiore a 10 micron, spiegano i ricercatori. La parte inferiore del film poggia su un elettrodo, mentre un elettrodo più piccolo che copre solo una parte del film di nanofili viene posizionato sopra. Il film assorbe il vapore acqueo dall’atmosfera.
Energia generata dal nulla
I ricercatori affermano che l’attuale generazione di dispositivi Air-gen è in grado di alimentare piccoli dispositivi elettronici e si aspettano di portare presto l’invenzione su scala commerciale. I prossimi passi che pianificano includono lo sviluppo di una piccola “patch” Air-gen in grado di alimentare dispositivi elettronici indossabili come monitor per la salute e orologi intelligenti, che eliminerebbero la necessità delle batterie tradizionali. Sperano anche di sviluppare Air-gens da applicare ai telefoni cellulari un giorno.
Yao afferma: “L’obiettivo finale è realizzare sistemi su larga scala. Ad esempio, la tecnologia potrebbe essere incorporata nella pittura, questo potrebbe aiutare ad alimentare la tua casa. Oppure, potremmo sviluppare generatori ad aria autonomi che forniscono elettricità gratis. Una volta raggiunta una scala industriale per la produzione di cavi, potremmo realizzare sistemi di grandi dimensioni che daranno un contributo importante alla produzione di energia sostenibile”.
Continuando a far progredire le capacità biologiche pratiche di Geobacter, il laboratorio di Lovley ha recentemente sviluppato un nuovo ceppo microbico per produrre in massa nanofili proteici in modo più rapido ed economico. “Abbiamo trasformato E. coli in una fabbrica di nanofili proteici“, dice.
Lovley ha scoperto il microbo Geobacter nel fango del fiume Potomac più di 30 anni fa. Il suo laboratorio ha successivamente scoperto la sua capacità di produrre nanofili proteici elettricamente conduttivi. Prima di arrivare a UMass Amherst, Yao aveva lavorato per anni all’Università di Harvard, dove ha progettato dispositivi elettronici con nanofili di silicio. Hanno unito le forze per vedere se fosse possibile realizzare dispositivi elettronici utili con i nanofili proteici raccolti da Geobacter.
Xiaomeng Liu, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Yao, stava sviluppando dispositivi sensoriali quando ha notato qualcosa di inaspettato.
“Ho visto che quando i nanofili venivano messi a contatto con gli elettrodi in un modo specifico, i dispositivi generavano una corrente. 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“.