Megépültek az első áramtermelő baktérium-lakótelepek

A Cambridge-i Egyetem kutatói olyan apró felhőkarcolókat „építettek”, amelyben a napfényt, szén-dioxidot és vizet energiává alakító, fotoszintetikus baktériumok élik mindennapjaikat.  A kutatók fém-oxid nanorészecskékből 3D-s technológiával nyomtatott, egyedi elektródákat készítettek, amelyeket úgy alakítottak ki, hogy együttműködjenek a cianobaktériumokkal a fotoszintézis során. Ezeket az elektródákat erősen elágazó, sűrűn tömött oszlopszerkezetként nyomtatták, akárcsak egy apró várost.  

A cianobaktériumokról tudnunk kell, hogy szükségük van valamire, amihez kapcsolódhatnak, és közösséget alkothatnak szomszédaikkal. Az elektródák lehetővé teszik az egyensúlyt a nagy felület és a sok fény között – akárcsak egy üveg felhőkarcoló. Miután ezek az önszerveződő cianobaktériumok új otthonukba „költöztek”, a kutatók azt látták, hogy hatékonyabbak, mint más jelenlegi bioenergia-technológiák, például mint a bioüzemanyagok. 

A rendszer számos okból kifolyólag különleges: nagyságrendekkel megnövelte a kivont energia mennyiségét a fotoszintézisből származó, bioenergia előállítására szolgáló egyéb módszerekhez képest. Sőt: a kutatók ki tudták vonni a baktériumok fotoszintézisből visszamaradt hulladékelektronokat is, amelyeket később kis elektronikai eszközök táplálására használtak fel.

„A cianobaktériumok sokoldalú vegyi gyárak. Megközelítésünk lehetővé teszi, hogy egy korai ponton hozzáférhessünk az energiaátalakítási útjukhoz, ami segít megérteni, hogyan hajtják végre az energiaátalakítást, hogy természetes útjaikat megújuló tüzelőanyag vagy vegyszer előállítására használhassuk” – mondta Dr. Jenny Zhang, a Yusuf Hamied Kémiai Tanszék munkatársa, a kutatás vezetője. 

Mivel a cianobaktériumok a legelterjedtebb élőlények közé tartoznak a Földön, így a fenntartható energia fontos forrásai is lehetnek. Az EurekAlert honlapján közzétett hivatalos nyilatkozatában a kutatás vezetője azt is kifejtette, hogy az általa és kollégái által alkalmazott megközelítés

„lépés a fenntarthatóbb, megújuló energiát használó eszközök jövőbeli gyártása felé”.

Tehát a cianobaktériumok tulajdonképpen a növényi sejtek egyes fotoszintézist végző összetevőinek ősei. Különböznek a többi baktériumtól, mivel energiájukat a napfényből nyerik, és ezt az energiát a víz és a levegő kreatív módon történő egyesítésével használják fel összetett molekulák, például cukrok vagy biomassza előállítására. A cianobaktériumok egyik igazán lenyűgöző tulajdonsága, hogy a fotoszintézis során elektronokat léptetnek ki sejtjeikből. Ez a lépés az, ami számunkra nagy előny lehet, mert amikor ezeket a baktériumokat vezető felületekre (azaz elektródákra) helyezik, lényegében ingyen termelnek áramot nekünk. 

Az alapstruktúra hasonlít a napelem működési elvéhez, de van egy nagyon fontos különbség a cianobaktériumok javára: a napelemek elnyelik a fényenergiát, majd ezt az energiát az elektronok zárt körben történő mozgatására használják.

Tehát a napelemek önmagukban csak áramot tudnak termelni. A baktériumlakótelepek esetében a lakók az elektronok mozgása miatt villamosenergiát termelnek, ám az elektronok nincsenek zárt áramkörben, ezért először valamilyen molekulából kell kivonni őket (például vízből). Ezután mozgatni kell őket, és be kell illeszteni egy új molekula kötéseibe. Ily módon felhasználhatók új üzemanyagok vagy vegyszerek létrehozásában is, amelyek megalapozhatják a jövő fenntartható törekvéseit. 

A cianobaktériumok előnye, hogy szinte bárhol növekedhetnek, ahol van víz, levegő és napfény. Megtalálhatók gleccserekben, sivatagokban és az óceánban is, amely a Föld felszínének 70%-át borítja. Lebomló vegyi anyagok és üzemanyagok előállítására is felhasználhatók, gyorsan megújuló energiaforrást jelentenek, ezáltal remélhetőleg megfizethető alternatívái is lesznek a jövő iparának. 

A kutatás során kifejlesztett felhőkarcoló-modell vagy más néven baktérium-lakótelep pedig egy olyan struktúrát biztosít a rendszer működéséhez, amely akár tízszeresére is növelheti az előző technológiák hatékonyságát. A 3D-felhőkarcolók egy rendkívül innovatív találmánynak tekinthetők, és reményt adnak egy környezetvédelmi szempontból is jelentős probléma orvoslására. Ha pedig a kutatás minden tézise megállja a helyét, akkor körünkben üdvözölhetjük az első lakótelepi baktériumközösségeket, akiket ezúttal a legtöbben talán örömmel is fogadunk...