Una biobatteria ispirata all'intestino genera otto volte più energia

Pori ostruiti nelle tradizionali celle a combustibile microbiche

Una cella a combustibile microbica è una promettente innovazione nel campo della bioenergia che genera elettricità sfruttando microrganismi viventi per digerire materia organica, come riportato da New Atlas. In questi dispositivi, i batteri attivi rilasciano elettroni mentre si nutrono, e un anodo raccoglie la corrente mentre gli elettroliti liquidi facilitano le reazioni elettrochimiche. Gli elettrodi piatti standard limitano l'insediamento microbico a causa della superficie ridotta. Sebbene matrici porose come carta o schiuma amplino lo spazio di colonizzazione, i densi aggregati batterici noti come biofilm ostruiscono rapidamente i pori, tagliando fuori i nutrienti e intrappolando i rifiuti metabolici tossici.

«Le strutture porose possono essere facilmente ostruite dalla formazione di biofilm, quindi abbiamo avuto molti problemi con l'apporto di nutrienti, l'accumulo di rifiuti o la crescita irregolare del biofilm.»

— Prof. Seokheun Choi, Binghamton University

Pilastri in idrogel che imitano il tessuto intestinale

Per risolvere questo problema di ostruzione, un team di ricerca guidato dal Prof. Seokheun Choi presso il Bioelectronics and Microsystems Lab della Binghamton University si è rivolto all'anatomia digestiva umana. Nell'intestino, milioni di proiezioni simili a dita chiamate villi massimizzano la superficie mentre il liquido scorre liberamente tra di esse. Come documentato da New Atlas, i ricercatori Ruohan Zhang, Botian Wang e Choi hanno fabbricato villi artificiali utilizzando un idrogel elettricamente conduttivo. La miscela di idrogel combina alcol polivinilico, ossido di grafene ridotto e il polimero conduttivo PEDOT per trattenere l'umidità e trasmettere cariche elettriche.

Spore dormienti e produzione di energia

Invece di applicare immediatamente colture fresche, gli scienziati hanno incorporato spore dormienti di Bacillus subtilis direttamente in tutto lo spessore dei villi artificiali, secondo New Atlas. Quando vengono introdotte in un bagno di nutrienti organici, le spore dormienti germinano in batteri funzionali che trasferiscono elettroni all'esterno delle loro pareti cellulari. L'idrogel funge da anodo, accoppiato attraverso una membrana a scambio ionico con un catodo in tessuto di carbonio modificato. Questo prototipo ingegnerizzato ha generato oltre otto volte più elettricità per unità di volume rispetto ai dispositivi con elettrodi piatti senza soffrire dell'asfissia da biofilm, rappresentando una notevole invenzione biologica.

Energia decentralizzata e applicazioni nel trattamento delle acque reflue

Poiché il sistema converte i rifiuti organici in corrente elettrica diretta, il team di ricerca mira ad applicare questa architettura di biobatteria al trattamento delle acque reflue e al monitoraggio ambientale, come delineato da New Atlas. Collocare schiere di queste biobatterie all'interno delle condutture fognarie municipali potrebbe sostenere obiettivi di sostenibilità a lungo termine generando energia locale direttamente dai deflussi urbani. Il team continua a testare varie dimensioni dei pilastri per ottimizzare il flusso dei fluidi e la potenza erogata in configurazioni di condutture su scala, aprendo nuove strade per un potenziale brevetto e per la diffusione commerciale.

Leggi anche su The Patent: Rockefeller University Engineers TrUDI Platform for Deep Brain Imaging · Otter Warmer Keeps Newborns Warm During Hospital Blackouts