Air-Gen

Energia pulita 24 ore su 24 e 7 giorni su 7 sfruttando l'umiditÓ atmosferica

Una scoperta con implicazioni significative per il futuro delle energie rinnovabili, i cambiamenti climatici e il futuro della medicina
Energia pulita 24 ore su 24 e 7 giorni su 7 sfruttando l'umiditÓ atmosferica FASTWEB S.p.A.

Gli scienziati dell'Università del Massachusetts hanno sviluppato un dispositivo che utilizza una proteina naturale per creare elettricità dall'umidità presente nell'aria, una nuova tecnologia che secondo loro potrebbe avere implicazioni significative per il futuro delle energie rinnovabili, i cambiamenti climatici e il futuro della medicina.

Come riportato oggi su Nature, i laboratori dell'ingegnere elettronico Jun Yao e del microbiologo Derek Lovley della UMass Amherst hanno creato un dispositivo che chiamano un "generatore ad aria" o Air-Gen, 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.

"Stiamo letteralmente producendo elettricità dal nulla", afferma Yao. "L'Air-Gen genera energia pulita 24/7". Lovely, che ha sviluppato materiali elettronici basati sulla biologia sostenibile per oltre tre decenni, aggiunge: "È l'applicazione più sorprendente ed eccitante per i nanofili proteici".

La nuova tecnologia sviluppata nel laboratorio di Yao è non inquinante, rinnovabile ed economica. 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 solare ed eolica, afferma Lovley, perché a differenza di queste altre fonti di energia rinnovabile, l'Air-Gen non richiede luce solare o eolica, e "funziona anche al chiuso".

Il dispositivo Air-Gen richiede solo un sottile film di nanofili proteici di spessore inferiore a 10 micron, 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 in cima. Il film assorbe il vapore acqueo dall'atmosfera. Una combinazione di conducibilità elettrica e chimica superficiale dei nanofili proteici, accoppiata con i pori fini tra i nanofili all'interno del film, stabilisce le condizioni che generano una corrente elettrica tra i due elettrodi.

I ricercatori affermano 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 una piccola "patch" Air-Gen in grado di alimentare dispositivi elettronici indossabili come tracker per la salute e il fitness e smartwatch, che eliminerebbe la necessità delle batterie tradizionali. Sperano anche di sviluppare Air-Gen da applicare ai telefoni cellulari per eliminare la ricarica periodica.

Yao afferma: "L'obiettivo finale è realizzare sistemi su larga scala. Ad esempio, la tecnologia potrebbe essere incorporata nella pittura murale che potrebbe aiutare a alimentare la casa. Oppure, possiamo sviluppare generatori autonomi alimentati ad aria che forniscono elettricità dalla rete. Una volta raggiunta la scala industriale per la produzione di filo, mi aspetto pienamente che possiamo realizzare sistemi di grandi dimensioni che offriranno un contributo importante 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 in massa in modo più rapido ed economico nanofili proteici. "Abbiamo trasformato un E. coli in una fabbrica di nanofili proteici", afferma. "Con questo nuovo processo scalabile, la fornitura di nanofili proteici non sarà più un collo di bottiglia nello 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 successivamente scoperto la sua capacità di produrre nanofili proteici elettricamente conduttivi. Prima di venire alla UMass Amherst, Yao aveva lavorato per anni all'Università di Harvard, dove aveva progettato dispositivi elettronici con nanofili di silicio. Hanno unito le forze per vedere se si potevano realizzare utili dispositivi elettronici con i nanofili proteici raccolti da Geobacter.

Xiaomeng Liu, Ph.D. studente nel laboratorio di Yao, stava sviluppando dispositivi sensori quando notò 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 proteici assorbivano l'acqua, producendo un gradiente di tensione attraverso il dispositivo."

Oltre ad Air-Gen, il laboratorio di Yao ha sviluppato molte altre applicazioni con i nanofili proteici. "Questo è solo l'inizio della nuova era dei dispositivi elettronici basati sulle proteine", ha affermato Yao.

La ricerca è stata sostenuta in parte da un fondo per i semi attraverso l'Ufficio di commercializzazione e iniziative tecnologiche presso UMass Amherst e fondi per lo sviluppo della ricerca presso il College of Natural Sciences del campus.

18 febbraio 2020

Fonte: scitechdaily.com
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