La nuova tecnologia verde che produce elettricità dall’umidità dell’aria

Potrebbe aiutare a mitigare i cambiamenti climatici e alimentare telefonini cellulari e dispositivi medici

La nuova tecnologia verde che produce elettricità dall’umidità dell’aria
di GreenReport.it

Un team di ricercatori dell’università del Massachusetts - Amherst (UMass Amherst) ha sviluppato un dispositivo che utilizza una proteina naturale per creare elettricità dall’umidità presente nell’aria, una nuova tecnologia che, spiegano nello studio “Power generation from ambient humidity using protein nanowires”, pubblicato su Nature, "potrebbe avere implicazioni significative per il futuro delle energie rinnovabili, dei cambiamenti climatici e in il futuro della medicina". I laboratori dell’ingegnere elettrico Jun Yao e del microbiologo Derek Lovley della UMass Amherst hanno infatti realizzato un dispositivo che è stato chiamato “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».

Yao sottolinea che «Stiamo letteralmente producendo elettricità dal nulla. L’Air-gen genera energia pulita 24 ore su 24». E Lovely, che da oltre 30 anni sviluppa materiali elettronici basati sulla biologia sostenibile, aggiunge: «E’ l’applicazione più sorprendente ed eccitante dei nanofili proteici. La nuova tecnologia sviluppata nel laboratorio di Yao è non inquinante, rinnovabile ed economica. Può produrre 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 il solare e l’eolico perché a differenza di queste altre fonti di energia rinnovabile, l’Air-gen non richiede luce solare o energia eolica e funziona anche al chiuso».

Gli autori dello studio – che comprendono anche Hongyan Gao, Joy Ward,  Xiaorong Liu, Bing Yin, Tianda Fu, Jianhan Chen, Derek R. Lovley – spiegano che «Il dispositivo Air-gen richiede solo un sottile film di nanofili proteici di spessore inferiore a 10 micron. 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».

Alla UMass Amherst asseriscono che «l’attuale generazione di dispositivi Air-gen è in grado di alimentare piccoli componenti elettronici» e pensano che presto le applicazioni dell’invenzione potranno essere commercializzate. I loro prossimi passi prevedono lo sviluppo di una piccola “patch” Air-gen in grado di alimentare dispositivi elettronici indossabili come monitor per la salute e il fitness e orologi intelligenti, che eliminerebbero il bisogno delle batterie tradizionali, ma i ricercatori sperano anche di sviluppare l’Air-gens per eliminare la ricarica periodica dei telefoni cellulari.

Yao ha detto che «l’obiettivo finale è realizzare sistemi su larga scala. Ad esempio, la tecnologia potrebbe essere incorporata nella pittura murale che potrebbe aiutare a alimentare [energeticamente] le nostre casa. Oppure, possiamo sviluppare generatori autonomi alimentati ad aria che forniscono elettricità alla rete. Una volta raggiunta la scala industriale per la produzione del filo, mi aspetto davvero 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 una produzione di massa di nanofili proteici in modo più rapido ed economico e il ricercatore spiega ancora che «Abbiamo trasformato E. coli in una fabbrica di nanofili proteici. Con questo nuovo processo incrementanbile, la fornitura di nanofili proteici non sarà più un collo di bottiglia nello sviluppo di queste applicazioni».

La ricerca è stata sostenuta in parte da un seed fund dell’ Office of Technology Commercialization and Ventures dell’UMass Amherst e dai fondi per lo sviluppo della ricerca del College of Natural Sciences del campus e la scoperta dell’Air-gen è il frutto di un’insolita collaborazione interdisciplinare: più di 30 anni fa Lovley ha scoperto il microbo Geobacter nel fango del fiume Potomac e successivamente recentemente il suo laboratorio ha scoperto la capacità del Geobacter di produrre nanofili proteici elettricamente conduttivi. Prima di arrivare all’UMass Amherst, Yao aveva lavorato per anni all’Università di Harvard, dove aveva progettato dispositivi elettronici con nanofili di silicio. I due scienziati hanno unito le forze per vedere se con i nanofili proteici del Geobacter si potevano realizzare dispositivi elettronici utilizzabili.

Ma è stato Xiaomeng Liu, uno studente del laboratorio di Yao che stava sviluppando dispositivi per sensori a notare qualcosa di inaspettato e ora 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 e Yao conclude: «Questo è solo l’inizio della nuova era dei dispositivi elettronici basati sulle proteine».

A cura di GreenReport.it