Живая батарея – Питает датчики и «переваривает себя» после использования

Группа исследователей из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологии (EMPA) разработала батарею, в которой для производства электроэнергии используются грибки. Этот полностью биоразлагаемый и нетоксичный источник энергии может питать температурные датчики и другие подобные миниатюрные устройства.

В предыдущих исследованиях уже были продемонстрированы живые батареи для выработки электроэнергии. Однако это, пожалуй, первый случай, когда учёные создали топливный элемент, использующий двух разных грибков: Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи) и Trametes pubescens (траметес пушистый).

Первые обычно используются для производства хлеба, пива и сыра, вторые известны своей способностью очищать сточные воды и снижать токсичность тяжёлых металлов.

«Исследование показывает, Saccharomyces cerevisiae и Trametes pubescens в сочетании с кристаллами целлюлозы и целлюлозными волокнами могут быть созданы методом 3D-печати и что оба грибка растут внутри чернил на основе целлюлозы. Добавление сажи и графитовых частиц в чернила делает их электропроводящими, что позволяет использовать в качестве электродов грибковых бактерий, в частности, микробных топливных элементах» – отмечают авторы.

Получение электричества из микробов

Все живые организмы, включая грибы, метаболизируют органические питательные вещества из пищи для получения энергии.

Грибковый топливный элемент, разработанный исследователями EMPA, использует аналогичный механизм для преобразования части этой энергии в электричество. Вначале авторы исследования приготовили чернила из целлюлозы и грибковых клеток. Они специально добавили целлюлозу, так как она не мешает естественному росту грибков. Затем чернила были использованы для 3D-печати компонентов живой батареи.

Как и в любой другой батареи, грибковый топливный элемент также состоит из анода и катода. На стороне анода находятся пекарские дрожжи, которые высвобождают электроны в процессе метаболизма. На другом конце катода – грибок белой гнили, он вырабатывает фермент, позволяющий захватывать и передавать электроны.

Очевидно, что такая система не может питать большие устройства, но при испытаниях грибковая батарея успешно вырабатывала напряжение в диапазоне от 100 до 200 mV. Этого достаточно для крошечных Bluetooth-датчиков, отслеживающих изменения температур.

«Вы можете хранить грибковые батареи в высушенном виде и активировать их на месте, просто добавив воду и питательные вещества» – говорит Каролина Рейес, первый автор исследования и научный сотрудник EMPA.

Потребность в разлагаемых топливных элементах

Датчики и другие крошечные электронные компоненты в основном изготавливаются из материалов, не поддающихся биологическому разложению, и содержат токсичные вещества, которые в итоге загрязняют почву и воду.

По словам авторов, «по оценкам, к 2030 году объём электронных отходов достигнет 74,7 млн тонн из-за утилизации электроники с компонентами, которые не подлежат переработке». Это означает, что к 2030 году нам придётся иметь дело с неперерабатываемыми электронными отходами весом, равным 10 000 Эйфелевых башен.

Представьте, с какими проблемами мы и наша окружающая среда можем столкнуться из-за такого количества токсичных электронных отходов. «Существует острая необходимость в разработке зелёной электроники, в компонентах которой используются более экологичные, нетоксичные и возобновляемые материалы» – говорят авторы исследования.

Следующая цель команды EMPA – увеличить срок службы и мощность грибковой батареи, чтобы можно было использовать и для более крупных электронных компонентов.