Biohibridi bakterija i gljiva za proizvodnju električne energije
Inženjerska simbioza dvaju mikrobioloških carstava kao budućnost obnovljive energije
Znanstvenici osmislili način kako iz uobičajenih gljiva kupljenih u trgovini proizvoditi električnu energiju koja će se jednog dana uspješno primjenjivati za napajanje raznih elektroničkih uređaja
Skupina znanstvenika s američkog Stevens Institute of Technology došla je do poprilično zanimljivog otkrića u području proizvodnje obnovljive energije. Ideja istraživanja krenula je od diskusije vođene između voditelja istraživanja, Sudeepa Joshija i Manu Mannoora o problemu korištenja cijanobakterija u proizvodnji električne energije. Naime, cijanobakterije su organizmi sposobni pretvoriti Sunčevu svjetlost u električnu energiju, ali nemogućnost njihova dugotrajnijeg življenja na umjetno stvorenim laboratorijskim podlogama onemogućava korištenje te iznimno korisne energetske pretvorbe.
U rješavanju problema laboratorijskog uzgoja cijanobakterija, znanstvenici su ispitivali mogućnost korištenja bijelih gumenih gljiva kupljenih u običnoj trgovini s ciljem osiguravanja povoljnih okolišnih uvjeta – hranjivih tvari, vlage, pH i temperature – za cijanobakterije tijekom proizvodnje električne energije na duže razdoblje.
Nanesene na klobuk bijelih gumenih gljiva, cijanobakterijske stanice trajale su nekoliko dana dulje, nego kada su stavljene na silikon ili nežive gljive kao kontrolni primjer.
„Gljive služe kao prikladna okolišna podloga za osiguravanje hrane cijanobakterijama, koje služe za proizvodnju električne energije“, rekao je Joshi. „Po prvi puta smo pokazali da hibridni sustav može povezati umjetnu suradnju, odnosno inženjerski dobivenu simbiozu između dva različita mikrobiološka carstva.“
Gusto nabijene cijanobakterije (zeleno) pospješuju ponašanje koje generira električnu energiju / Fotografija: Sudeep Joshi, Stevens Institute of Technology
Fuzija nanotehnologije, bakterija i gljiva
Upotrebom robotske ruke izrađene na 3D printeru nanesena je elektronička tinta sa sadržanim grafenskim nanočesticama, koja služi za prikupljanje električne energije djelujući poput nano sonde – za pristup bioelektronima generiranim unutar cijanobakterijskih stanica.
Nakon tiskanja elektroničke tinte, slijedilo je nanošenje tzv. biotinte, to jest cijanobakterija nanesenih na klobuk gljive u spiralnom uzroku koji je presijecao elektronsku tintu na više kontaktnih točaka.
Osvjetljavanjem površine gljiva Sunčevom svjetlošću, aktivirana je cijanobakterijska fotosinteza, što je prouzročilo prenošenje elektrona kroz vanjske membrane cijanobakterija na vodljivu mrežu grafenskih nanočestica.
Uz cijanobakterije, koje su dulje živjele u stanju inženjerski konstruirane simbioze, Joshi i Mannoor također su pokazali da količina električne energije koju te bakterije proizvode može varirati ovisno o gustoći njihova nanošenje na gljivičnu podlogu. Što su cijanobakterije gušće nacijepljene na gljive, to više proizvode električnu energiju. Korištenjem 3D tehnologije printanja za nanošenje cijanobakterija na površinu gljiva proizvodi se osam puta više električne energije, nego njihovim uobičajenim laboratorijskim nacjepljivanjem na podlogu.
„Ovim radom možemo zamisliti brojne prilike za sljedeće generacije biohibridnih aplikacija“ zaključio je Mannoor. „Na primjer, dok neke baterije svijetle, ostale reagiraju na toksične tvari ili proizvode gorivo. Neometanim integriranjem ovih mikroba s nanomaterijalima, mogu se dizajnirati brojni ostali biohibridi pogodni za okolišne, obrambene, zdravstvene i mnoge ostale svrhe.“
Rezultati ovog istraživanja objavljeni su 7. studenoga u časopisu Nano Letters.
- Klara Perović | Ekovjesnik