Ученые нашли способ как добывать энергию из воздуха

Бактерия Mycobacterium smegmatis, которая способна вырабатывать электричество их воздуха

Давно известно, что бактерии Mycobacterium smegmatis обладают одной интересной особенностью — они способны преобразовывать водород, который содержится в воздухе, в электрическую энергию. Благодаря этому микроб может выживать в самых суровых условиях, где нет других источников энергии. В частности, эта бактерия обитает в антарктической почве, вулканических кратерах, глубоких океанах и пр. Такая способность M. smegmatisбыла известна ученым давно, но теперь удалось обнаружить фермент, который отвечает за преобразование водорода в электроэнергию, и понять принцип его работы. Этот фермент можно использовать для получения электричества из воздуха в прямом смысле этого слова.

Mycobacterium smegmatis родственная бактериям, которые вызывают у людей проказу и туберкулез, однако, в отличие от своих собратьев, она не является патогенной. Фермент, который помогает M. smegmatis добывать энергию из воздуха, называется Huc. До сих пор оставалось загадкой как именно он работает. Чтобы выяснить это, ученые выделили из микробов фермент с помощью хроматографии. Этот лабораторный метод позволяет делить смеси на отдельные компоненты. Затем они изучили атомную структуру фермента, используя для этого криоэлектронную микроскопию.

Надо сказать, что криоэлектронная микроскопия появилась сравнительно недавно. В 2017 году ее изобретатели получили Нобелевскую премию по химии. При помощи этого метода авторы работы направляли электроны на замороженный образец Huc, что позволило определить его атомную структуру, а также выявить электрические пути, которые фермент использует для потока электронов.

Фермент Huc может стать источником электроэнергии

Как удалось выяснить, фермент содержит структуру, именуемую “активным центром”. Эта структура содержит заряженные ионы железа и никеля. Когда молекулы водорода попадают в активный центр, они оказываются в “ловушке” между ионами двух металлов, где теряют свои электроны. Эти «вырванные» из водорода электроны направляются потоком из центра к оболочке фермента, то есть возникает электрический ток. Об этом сообщается в исследовании, опубликованном на днях в журнале Nature. Как поясняют ученые, электроны, которые поглощаются ионами активного центра, в том числе ионом никеля, переносятся на поверхность фермента молекулярным проводом, который представляет собой кластеры ионов железа и серы.

Если подключить электрод к поверхности Huc, можно получить электрическую цепь, и таким образом генерировать электричество. Но насколько это вообще реально на практике? Исследования показали, что фермент способен храниться длительное время. Причем он устойчив к различным воздействиям окружающей среды. В частности, выдерживает нагрев до 80 градусов по Цельсию и замораживание.

Фермент Huc преобразовывает водород в электроэнергию

Для выработки электричества ферменту нужен водород в ничтожных количествах. То есть в воздухе, которым мы дышим, водорода вполне достаточно, чтобы вырабатывать электроэнергию. Учитывая все эти свойства, а также то, что бактерии легко и быстро выращиваются, к тому же обитают повсюду, Huc может стать идеальным источником энергии.

Конечно, генерировать электричество в таких масштабах, чтобы можно было запитать целый город или хотя бы дом, вряд ли удастся. Однако на основе бактерий можно создавать биологические батареи для гаджетов, которым не понадобятся зарядные устройства. Батарея на основе Huc будет «заряжаться» от воздуха, а следовательно, она не будет и разряжаться.

Переходите по этой ссылке прямо сейчас, чтобы подписаться на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Здесь вас ждет масса интересных материалов, подготовленных для вас нашей редакцией.

Однако ученые обнаружили интересное свойство фермента — чем больше на него попадает водорода, тем больше электричества он генерирует. Это значит, что можно использовать в качестве топливного элемента чистый водород. В таком случае электроэнергии может хватить не только для питания смарт-часов, смартфонов или ноутбуков, но и электромобилей.

Напоследок напомним, что в последнее время ученые пришли к выводу о том, что в недрах Земли содержится большое количество природного водорода, способного возобновляться. Дешевый водород и электричество «из воздуха», пусть и в ограниченных масштабах, могут привести действительно к революции в энергетике. Кроме того, ученым удалось добиться некоторых положительных результатов в области термоядерной энергетики, на которую некоторые ученые также возлагают большие надежды.