18.02.2020
Сергей Васильев

Белковые «нанопровода» позволили получать электричество прямо из воздуха

6.8

Проводящие белковые нанонити, заключенные между парой электродов, оказались способны непрерывно производить электричество из атмосферной влаги.

©UMass Amherst

Открытые в конце 1980-х почвенные бактерии Geobacter впервые обратили на себя внимание необычной способностью производить магнитные кристаллы железа при нехватке кислорода. Дальнейшее изучение этих микробов показало, что они используют электричество для окисления и утилизации органических веществ, а для создания направленного движения электронов производят проводящие ток «нанонити» из белковых молекул.

Команда профессора Массачусетского университета в Амхерсте Цзюнь Яо (Jun Yao) научилась изолировать эти «бактериальные провода», чтобы найти возможность их практического применения. В ходе такой работы обнаружилось, что, будучи заключенными между парой тонких золотых пластин, они непрерывно — часами — производят электричество буквально «из воздуха». Точнее говоря, из воды: для работы системы пластинки должны иметь неравные размеры, чтобы часть нанонитей могла взаимодействовать с атмосферной влагой.

В статье, опубликованной в журнале Nature, Яо и его соавторы пишут, что создающие ток электроны заимствовались действительно из молекул воды. Они не могли быть получены из золота, поскольку генерация электричества происходила и при использовании графеновых пластинок, которые не могут служить подходящими донорами электронов. Они не могли высвобождаться из молекул самих белков в процессе их разложения: белки оставались целыми. Однако снижение влажности воздуха снижало и генерацию тока.

Эксперименты показали, что максимальная производительность системы достигается при влажности около 45 процентов, хотя в принципе она продолжает работу и при довольно сухом воздухе, сравнимым с тем, что можно найти где-нибудь в Сахаре. Конденсируясь на верхней стороне устройства, вода взаимодействует с белками. Их проводящие и поверхностные свойства вызывают разложение воды на заряженные ионы. Заряды накапливаются, создавая разницу потенциалов и вызывая направленное движение свободных электронов — ток.

Многие детали этого процесса остаются неизвестными и требуют дальнейшего изучения. Тем не менее ученые уже продемонстрировали работоспособность устройства, получившего название Air-gen. Созданный ими прототип непрерывно производил «из воздуха» порядка 0,5 В: около 17 таких прототипов могли бы запитать мобильный телефон. По словам авторов, система поддерживала необходимый градиент влажности в слое белковых нанонитей и непрерывно работала в течение более чем двух месяцев.

Прототип Air-gen включает центральный слой белковых нанонитей толщиной 10 мкм, заключенный между двумя плоскими электродами: верхний покрывает их лишь частично, открывая путь для конденсирующейся влаги / ©Yao and Lovley Labs, UMass Amherst

Все это на порядки превышает возможности любых предыдущих аналогичных устройств. Разработчики Air-gen уверены, что система может быть легко масштабирована до реальных размеров и широко использоваться на практике. Тем более что для промышленного производства белковых «проводов» необязательно манипулировать капризными Geobacter: уже получены ГМ-линии обычной кишечной палочки, способные синтезировать такие же нанонити.

«Конечная цель — создание крупномасштабных систем, — говорит Цзюнь Яо. — К примеру, такая технология может быть интегрирована в краску для стен, которая заодно будет снабжать дом электричеством. Или же можно разработать отдельно стоящие генераторы, подающие ток в общую сеть. Я уверен, что как только мы отработаем промышленное производство нанонитей, будут созданы и крупномасштабные системы, которые внесут огромный вклад в развитие возобновляемой энергетики».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

Позавчера, 13:37
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

Позавчера, 13:46
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

Позавчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: