Una nuova tecnologia verde genera elettricità dall'umidità atmosferica

26 February 2020
Una nuova tecnologia verde genera elettricità dall'umidità atmosferica

Gli scienziati dell'Università del Massachusetts Amherst hanno creato un dispositivo che utilizza una proteina naturale per creare elettricità dall'umidità dell'aria. L'Air-gen collega gli elettrodi ai nanofili della proteina in modo tale che la corrente elettrica sia generata dal vapore acqueo naturalmente presente nell'atmosfera. Può generare energia anche in aree con umidità estremamente bassa come il deserto del Sahara. I prossimi passi che hanno in programma includono lo sviluppo di un piccolo "cerotto" air-gen che può alimentare gli indossabili elettronici come i monitor di salute e fitness e gli orologi intelligenti. Sperano anche di sviluppare Air-gens da applicare ai telefoni cellulari per eliminare il periodico

l'obiettivo finale è quello di fare sistemi su larga scala che potrebbero aiutare ad alimentare la vostra casa. Una volta che arriviamo a una scala industriale per la produzione di filo, mi aspetto pienamente che possiamo fare grandi sistemi che faranno un grande contributo alla produzione di energia sostenibile, i ricercatori dicono, "Una volta che dobbiamo sviluppare generatori autonomi alimentati ad aria che fornirà elettricità fuori dalla rete.


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Gli scienziati dell'Università del Massachusetts Amherst hanno sviluppato un dispositivo che utilizza una proteina naturale per creare elettricità dall'umidità dell'aria, una nuova tecnologia che dicono potrebbe avere implicazioni significative per il futuro delle energie rinnovabili, il cambiamento climatico e nel futuro della medicina.

Come riportato su Nature, i laboratori dell'ingegnere elettrico Jun Yao e del microbiologo Derek Lovley alla UMass Amherst hanno creato un dispositivo che chiamano "Air-gen." o generatore alimentato ad aria, con 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, ha riferito ScienceDaily.

"Stiamo letteralmente producendo elettricità dal nulla", dice Yao. "L'Air-gen genera energia pulita 24/7". Lovely, che ha avanzato materiali elettronici sostenibili basati sulla biologia nel corso di tre decenni, aggiunge: "È l'applicazione più sorprendente ed eccitante dei nanofili proteici finora".

La nuova tecnologia sviluppata nel laboratorio di Yao non è inquinante, rinnovabile e 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 tra cui il solare e il vento, dice Lovley, perché a differenza di queste altre fonti di energia rinnovabile, l'Air-gen non richiede luce solare o vento, e "funziona anche al chiuso".

Il dispositivo Air-gen richiede solo una sottile pellicola di nanofili proteici di meno di 10 micron di spessore, 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 si trova sulla parte superiore. Il film adsorbe il vapore acqueo dall'atmosfera. Una combinazione di conducibilità elettrica e chimica di superficie dei nanofili proteici, insieme ai pori fini tra i nanofili all'interno del film, stabilisce le condizioni che generano una corrente elettrica tra i due elettrodi.

I ricercatori dicono 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 un piccolo "cerotto" Air-gen che può alimentare gli indossabili elettronici come i monitor di salute e fitness e gli orologi intelligenti, che eliminerebbe il requisito delle batterie tradizionali. Sperano anche di sviluppare Air-gens da applicare ai telefoni cellulari per eliminare la ricarica periodica.

Yao dice: "L'obiettivo finale è quello di realizzare sistemi su larga scala. Per esempio, la tecnologia potrebbe essere incorporata nella pittura murale che potrebbe aiutare ad alimentare la vostra casa. Oppure, potremmo sviluppare generatori autonomi alimentati ad aria che forniscono elettricità fuori dalla rete. Una volta che arriviamo a una scala industriale per la produzione di fili, mi aspetto pienamente che possiamo fare grandi sistemi che daranno un grande contributo 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 più rapidamente ed economicamente in massa nanofili di proteine. "Abbiamo trasformato l'E. coli in una fabbrica di nanofili proteici", dice. "Con questo nuovo processo scalabile, la fornitura di nanofili proteici non sarà più un collo di bottiglia per lo sviluppo di queste applicazioni".

La scoperta di Air-gen riflette un'insolita collaborazione interdisciplinare, dicono. Lovley ha scoperto il microbo Geobacter nel fango del fiume Potomac più di 30 anni fa. Il suo laboratorio ha poi scoperto la sua capacità di produrre nanofili proteici elettricamente conduttivi. Prima di venire all'UMass Amherst, Yao ha lavorato per anni all'Università di Harvard, dove ha progettato dispositivi elettronici con nanofili di silicio. Hanno unito le loro forze per vedere se dispositivi elettronici utili potrebbero essere fatti con i nanofili proteici raccolti da Geobacter.

Xiaomeng Liu, uno studente di dottorato nel laboratorio di Yao, stava sviluppando dispositivi sensoriali quando ha notato qualcosa di inaspettato. Ricorda: "Ho visto che quando i nanofili venivano messi in 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 di proteine adsorbivano l'acqua, producendo un gradiente di tensione attraverso il dispositivo".

Oltre all'Air-gen, il laboratorio di Yao ha sviluppato diverse altre applicazioni con i nanofili di proteine. "Questo è solo l'inizio di una nuova era di dispositivi elettronici basati sulle proteine" ha detto Yao.

 

Questo articolo è pubblicato sotto licenza Creative Commons 4.0 e precedentemente apparso su Agenzia di stampa Tasnim.