Małe baterie mogą wkrótce zyskać swoich ekologicznych następców
Urszula Lesman
Zespół naukowców ze Szwajcarskiego Federalnego Laboratorium Materiałoznawstwa i Technologii (EMPA) opracował baterię, która wykorzystuje grzyby do produkcji energii elektrycznej. Już wcześniejsze badania wykazały, że można stworzyć żywe baterie wykonane z bakterii. Jednak szwajcarskim naukowcom, prawdopodobnie pierwszy raz w ogóle, udało się stworzyć ogniwo paliwowe, które wykorzystuje moc dwóch różnych grzybów: Saccharomyces cerevisiae (drożdże piekarskie) i Trametes pubescens (grzyb powodujący białą zgniliznę).
Jak działa nowe źródło energii?
– Po raz pierwszy połączyliśmy dwa rodzaje grzybów, aby stworzyć działające ogniwo paliwowe – powiedziała Carolina Reyes, pierwsza autorka badania i naukowiec badawczy w EMPA. Grzyby nie są „zasadzone” w akumulatorze, lecz od samego początku stanowią część jego materialnego fundamentu.
Pierwszy z grzybów jest powszechnie stosowany do produkcji chleba, piwa i sera, podczas gdy drugi jest znany ze swojej zdolności do oczyszczania ścieków i zmniejszania toksyczności metali ciężkich w uprawach. „Badanie to pokazuje, że Saccharomyces cerevisiae i Trametes pubescens w połączeniu z nanokryształami celulozy i nanofibrylami celulozy można drukować w technologii 3D, a oba grzyby rosną wewnątrz tuszów na bazie celulozy. Dodanie sadzy i płatków grafitu do tuszów sprawia, że są one przewodnikami elektrycznymi, co może być wykorzystane jako elektrody w bateriach grzybowych, w szczególności w ogniwach paliwowych mikrobiologicznych (MFC)” — zauważają autorzy badania.
Wszystkie organizmy żywe, w tym grzyby, metabolizują organiczne składniki odżywcze ze swojego pożywienia, aby wytwarzać energię. Grzybowe ogniwo paliwowe opracowane przez naukowców wykorzystuje podobny mechanizm, aby przekształcić część tej energii w energię elektryczną. Autorzy badania najpierw przygotowali tusz przy użyciu celulozy i komórek grzybowych. Celuloza nie zakłóca naturalnego wzrostu grzybów. Tusz został następnie użyty do wydrukowania w technologii 3D elementów baterii.
Podobnie jak każda inna bateria, ogniwo paliwowe grzybowe składa się również z anody i katody. Po stronie anody znajdują się drożdże piekarskie, które uwalniają elektrony poprzez swój metabolizm. Katoda, po drugiej stronie, to grzyb białej zgnilizny, który wytwarza enzym umożliwiający wychwytywanie i przenoszenie tych elektronów poza komórkę. Oczywiście, ta konfiguracja nie może zasilać dużych urządzeń, ale podczas testów bateria grzybowa skutecznie wytwarzała napięcia od 100 do 200 mV. To wystarcza do zasilania małych czujników Bluetooth monitorujących zmiany temperatury.
Zalety grzybowej baterii
Na dodatek taka bateria jest niezwykle praktyczna do przechowywania i łatwa do aktywowania. – Baterie grzybowe można przechowywać w stanie suchym i aktywować je na miejscu, po prostu dodając wodę i składniki odżywcze – wyjaśnia Carolina Reyes. Po użyciu grzyby pomagają w rozkładzie baterii, ponieważ mogą metabolizować składniki na bazie celulozy.
Chociaż łatwo jest zbierać i poddawać recyklingowi duże urządzenia elektroniczne, czujniki i inne małe elementy elektroniczne często pozostają niezauważone i niewykorzystane ponownie. Na dodatek elementy te są zazwyczaj wykonane z materiałów niebiodegradowalnych i często zawierają toksyczne materiały, które poważnie zanieczyszczają glebę i wodę.
Według autorów badania „szacuje się, że do 2030 r. zostanie osiągnięty 74,7 Mt (milionów ton) odpadów elektronicznych z powodu utylizacji urządzeń elektronicznych z elementami, które nie nadają się do recyklingu lub łatwo ulegają degradacji”. Oznacza to, że do 2030 r. będziemy musieli radzić sobie z niepodlegającymi recyklingowi odpadami elektronicznymi ważącymi tyle, co 10 000 wież Eiffla. „W związku z tym istnieje szybka potrzeba opracowania zielonej elektroniki, która wykorzystuje bardziej przyjazne dla środowiska, nietoksyczne i odnawialne materiały w swoich komponentach” — podkreślili autorzy badania.
Następnym celem zespołu EMPA jest zwiększenie żywotności i mocy wyjściowej ich baterii grzybowej, aby można było jej używać w większych komponentach elektronicznych.
