تولید برق از هوا با کمک باکتری

بیش از سه دهه پیش زیر سواحل گل‌آلود رودخانه پوتوماک یک میکروارگانیسم رسوبی عجیب و غریب دفن شده بود که حالا دانشمندان پی برده‌اند قادر است کارهایی انجام دهد که پیش از آن هیچ‌کس از یک باکتری ندیده است.
به گزارش ساینس آلرت، این میکروب غیرعادی که به‌گونه Geobacter تعلق دارد ابتدا برای توانایی‌اش در تولید مگنتیت در غیاب اکسیژن مورد توجه قرار گرفت اما با گذر زمان دانشمندان متوجه شدند که این باکتری می‌تواند چیزهای دیگر هم مانند نانوسیم‌های باکتریایی که جریان برق را عبور می‌دهد، تولید کند.
سال‌ها محققان در تلاش بودند تا راه‌های بهره‌برداری مفید از این نعمت طبیعی را کشف کنند و حالا به‌نظر می‌رسد با وسیله‌ای که آن را Air-gen می‌نامند به هدفشان رسیده باشند. طبق گفته‌های تیم پژوهشی، این دستگاه می‌تواند از تقریبا هیچی هم برق تولید کند. جون یائو مهندس برق از دانشگاه ماساچوست می‌گوید: ما به‌معنای واقعی کلمه در حال تولید برق از هوای نازک هستیم. ژنراتور Air-gen قادر است انرژی پاک تولید کند.
این ادعا شاید زیاده‌گویی به‌نظر برسد اما یک مطالعه جدید توسط یائو و تیمش فاش کرد چطور ژنراتور بادی قادر است بدون هیچ‌چیزی جز هوای اطراف برق تولید کند. همه اینها به لطف نانوسیم‌های پروتئینی رسانای الکتریکی تولید شده توسط Geobacter است. ژنراتور Air-gen از فیلم‌های نازک نانوسیم‌های پروتئین به ضخامت 7میکرومتر ساخته شده است و بین 2الکترود و در مجاورت هوا قرار دارد. به‌دلیل این مجاورت، فیلم‌های نانوسیم می‌تواند بخار آب موجود در جو را جذب کند تا دستگاه بتواند یک جریان الکتریکی مداوم که بین دو الکترود انجام می‌شود، تولید کند. به گفته اعضای این تیم شارژ آن توسط یک گرادیان مرطوب ایجاد می‌شود که باعث ایجاد پروتون در مواد نانوسیم می‌شود.
محقق این گروه در یک مقاله نوشت: انتظار می‌رود که انتشار بار باعث ایجاد میدان الکتریکی متعادل یا همان پتانسیل غشای استراحت در سیستم‌های بیولوژیکی شود. یک گرادیان مرطوب ماندگار که اساسا با هرآنچه در سیستم قبلی مشاهده شده فرق می‌کند میزان خروجی مستمر ولتاژ از دستگاه نانوسیم ما را توصیف می‌کند.
این کشف تقریبا تصادفی و زمانی که یائو فهیمد دستگاهی که در حال آزمایش آن است از خودش برق تولید می‌کند، اتفاق افتاد. یائو می‌گوید: حین کار دیدم پس از اتصال نانوسیم‌ها به الکترودها در یک روش مشخص، دستگاه‌ها جریان تولید می‌کنند. متوجه شدم که در قرار گرفتن در معرض رطوبت جوی برای این کار الزامی است و نانوسیم پروتئینی آب را جذب و گرادیان ولتاژ را در دستگاه تولید می‌کند.
تحقیق قبلی در این زمینه تولید انرژی هیدروولتاییک با استفاده از انواع نانو مواد مانند گرافن را به اثبات رسانده بود اما آنها فقط منجر به جرقه‌هایی شده بود که تنها چند ثانیه باقی ماندند.
در مقابل، Air-gen ولتاژ ثابتی در حدود 0.5 ولت با چگالی فعلی در حدود 17میکروآمپر در هر سانتی مترمربع تولید می‌کند. این انرژی خیلی زیادی نیست اما تیم تحقیقاتی معتقد است که این ژنراتور می‌تواند قدرت کافی برای شارژ دستگاه‌های کوچک مانند تلفن همراه و سایر وسایل برقی شخصی را ایجاد کند، البته بدون هیچ هدررفتی و تنها با استفاده از رطوبت محیط (حتی در مناطق خشکی مانند کویر ساهارا). به گفته یائو در آینده می‌توان از این تکنولوژی برای برق‌رسانی به خانه‌ها از طریق نانوسیم موجود در رنگ دیوار استفاده کرد: زمانی که به مقیاس صنعتی برای تولید سیم برسیم مطمئنم سیستم‌های بزرگی خواهیم ساخت که سهم عمده‌ای برای تولید انرژی پایدار خواهد داشت.