Публикация о новом открытии появилась в Nature 17 февраля 2020 г. Избретатели – инженер-энергетик Джан Яо (Jun Yao) и микробиолог Дерек Ловли (Derek Lovley) создали устройство, которое назвали «Аэроген» (Air-gen) или воздушный энергетический генератор с электропроводящей протеиновой нанопроволокой, изготовленной с помощью микроорганизмов. В «Аэрогене» электроды присоединены к проводнику таким образом, что электрический ток генерируется из водяного пара, который постоянно присутствует в атмосфере.
Фото: https://phys.org/
«Мы буквально делаем электричество из воздуха, - говорит Яо. – «Аэроген» производит чистую энергию круглые сутки и сем дней в неделю». Ловли, который занимается продвижением биотехнологических электроматериалов уже около тридцати лет, утверждает, что это самое удивительное и восхитительное применение протеиновой нанопроволоки из всех, что существовали до сих пор.
Новая технология, разработанная в лаборатории Яо не производит загрязнений, использует возобновляемый ресурс и стоит дёшево. Она может производить энергию даже в местах с исключительно низкой влажностью, например, в пустыне Сахара. Она имеет существенные преимущества перед другими видами возобновляемой энергетики, такими как солнечная и ветряная энергетика. Новое устройство не требует ни солнца, ни ветра и может даже работать в закрытом помещении.
Устройство требует лишь тонкой плёнки – протеиновой нанопроволоки, толщиной менее 10 микрон, объясняют исследователи. Нижняя часть плёнки закреплена на электроде, в то время как меньший электрод, покрывающий лишь часть плёнки, расположен сверху. Плёнка вбирает в себя водяной пар из атмосферы. Сочетание проводимости и поверхностной химической активности протеиновой нанопроволоки, а также правильно устроенные поры внутри плёнки обеспечивают условия, в которых между электродами возникает электрический ток.
Исследователи рассказали, что ток от «Аэрогена» уже сейчас может питать небольшие электронные устройства, и они надеются, что изобретение окупится в ближайшее время. На следующем этапе учёные планируют создавать небольшие «заплатки» которые смогут подпитывать медицинские датчики или «умные» наручные часы, и можно будет обходиться без традиционных батареек. Они также надеются создать телефоны, которые не будут нуждаться в периодической подзарядке.
«Конечная цель – создать систему широкого диапазона применения – говорит Яо. - Например, система может быть вмонтирована в настенную роспись, и подпитывать ваш дом энергией. Или мы можем соорудить отдельно стоящий воздушный генератор, который будет запасать энергию. Возможно, у нас получится создать установку, пригодную для промышленного применения».
Продолжая продвигать биотехнологии, лаборатория Ловели создала новый бактериальный фильтр который поможет производить протеиновую нанопроволку быстрее и дешевле. «С этой новой технологией протеиновая нанопроволока перестанет быть «узким местом» при создании таких устройств», - говорит учёный.
Изобретение воздушного генератора - пример необычайно тесного междисциплинарного общения. Необходимый микроб Дерек Ловли открыл в иле реке Потомак более тридцати лет назад. Затем в его лаборатории была обнаружена способность этого микроба производить электропроводящий протеин, пригодный для создания нанопроволоки. До своего прихода в Университет Амхерста Яо много лет работал в Гарварде, где разрабатывал устройства с кремниевыми нанопроволоками. Они объединили свои усилия, чтобы проверить, можно ли будет создать полезные устройства с помощью протеиновых нанопроволок. Ксаомен Лю (Xiaomeng Liu), один из студентов лаборатории, разрабатывая новые датчики, вдруг обнаружил нечто неожиданное. Он вспоминает: « Я заметил, что когда электрод подсоединён к проводнику определённым образом, устройство генерирует ток. Я обратил внимание, что воздействие атмосферной влажности при этом существенно, и что протеиновый нанопроволока впитывает воду, создавая разность потенциалов.
Вдобавок к «Аэрогену» лаборатория Яо создала ещё несколько устройств с протеиновыми нанопроволоками. «Это всего лишь начало новой эры протеиновой электроники», - заявил Яо.
