Электрические грибы: биобатарея, которую достаточно просто кормить
Грибы давно вызывают восхищение своей удивительной природой. Этот загадочный биологический мир, более близкий к животным, чем к растениям, охватывает невероятное разнообразие форм: от съедобных грибов до плесени, от одноклеточных организмов до самого крупного живого существа на Земле, от патогенов, вызывающих болезни, до героев-спасателей, производящих лекарства. Теперь исследователи из швейцарской лаборатории Empa добавили к списку способностей грибов еще одну — генерацию электричества.
В рамках трехлетнего научного проекта, ученые из лаборатории материалов на основе целлюлозы и древесины создали работающую «грибную батарею». Хотя объем вырабатываемого электричества пока невелик, его достаточно для питания небольших устройств, таких как температурные сенсоры, которые применяются в сельском хозяйстве и экологических изысканиях. Главное преимущество этой батареи — ее полная экологичность и способность к биоразложению, что выгодно отличает ее от традиционных батарей.
Созданная специалистами батарея является не обычной батареей, а микробной топливной ячейкой. Как и любые живые организмы, микроорганизмы преобразуют питательные вещества в энергию, и часть этой энергии можно использовать для выработки электричества. Обычно для таких целей применяются бактерии, но исследователи из Empa впервые объединили два вида грибов для создания эффективной топливной ячейки.
На анодной стороне используется дрожжевой грибок, который в процессе своего метаболизма выделяет электроны. На катодной стороне работает белая гниль — гриб, который вырабатывает специальный фермент, позволяющий улавливать и проводить электроны из ячейки.
Интересно, что грибы не просто «вставляют» в батарею, они становятся неотъемлемой ее частью уже на стадии изготовления. Компоненты грибной батареи создаются с использованием технологий 3D-печати, что позволяет структурировать электроды таким образом, чтобы микроорганизмам было проще получать питательные вещества. Грибные клетки смешиваются с чернилами для печати, что оказалось сложной задачей.
«Найти материал, в котором грибы могли бы нормально расти, уже достаточно сложно», — поясняет Густав Нюстрем, руководитель лаборатории. «Но чернила должны быть не только удобными для печати и безопасными для клеток, но также электропроводными и биоразлагаемыми».
Благодаря опыту лаборатории Empa в 3D-печати мягких биоматериалов, исследователям удалось создать подходящие чернила на основе целлюлозы. Этот материал не только служит проводником, но и может быть использован грибами в качестве питательного субстрата, что ускоряет разложение батареи после ее использования. Однако для работы батареи грибы предпочитают простые сахара, которые добавляют в состав ячейки.
Особенность этой технологии в том, что батареи можно хранить в высушенном состоянии и активировать на месте, просто добавив воды и питательных веществ. Грибы выдерживают такие «сухие периоды», но работа с живыми материалами стала серьезным вызовом для исследователей. Проект объединил микробиологию, материаловедение и электротехнику, что потребовало от команды разработки новых подходов.
Теперь эксперты работают над повышением мощности и долговечности грибной батареи, а также ищут новые виды грибов, способные генерировать электричество. Как утверждают Каролина Рейес и Густав Нюстрем, грибы остаются недостаточно изученными, особенно в области материаловедения. Инновационная разработка стала еще одним шагом к более глубокому пониманию возможностей природы и ее интеграции в технологический прогресс.
Ранее ученые разработали метод превращения отходов химпрома в хранилище электроэнергии.
