Энергия из воздуха: фермент из почвенной бактерии превращает воздух в электричество
Австралийские ученые открыли фермент, который превращает воздух в энергию. Открытие показывает, что фермент использует небольшое количество водорода в атмосфере для создания электрического тока. Это открытие открывает путь к созданию устройств, которые буквально производят энергию из воздуха.
Исследовательская группа произвела и проанализировала фермент, потребляющий водород, из обычной почвенной бактерии. Недавняя работа группы показала, что многие бактерии используют атмосферный водород в качестве источника энергии в бедных питательными веществами средах.
«Нам уже давно известно, что бактерии могут использовать следы водорода в воздухе в качестве источника энергии, что помогает им расти и выживать, в том числе в антарктических почвах, вулканических кратерах и глубинах океана», — сказал профессор Крис Грининг, автор исследования. «Но мы не знали, как они это делают, до сих пор».
Исследователи выделили фермент, ответственный за использование атмосферного водорода, из бактерии под названием Mycobacterium smegmatis. Они показали, что этот фермент, названный Huc, превращает газообразный водород в электрический ток.
«Huc необычайно эффективен. В отличие от всех других известных ферментов и химических катализаторов, он даже потребляет водород ниже атмосферного уровня — всего 0,00005% воздуха, которым мы дышим» — говорят ученые.
Исследователи использовали несколько передовых методов, чтобы раскрыть молекулярную схему окисления атмосферного водорода. Они применили передовую микроскопию (крио-ЭМ) для определения атомной структуры и электрических путей, раздвигая границы для получения наиболее четкой структуры фермента.
Ученые также использовали метод, называемый электрохимией, чтобы продемонстрировать, что очищенный фермент создает электричество при мельчайших концентрациях водорода.
Лабораторные работы показывают, что очищенный Huc можно хранить в течение длительного времени. «Он удивительно стабилен. Фермент можно заморозить или нагреть до 80 градусов по Цельсию, и он сохранит свою способность генерировать энергию», — говорят исследователи. «Это свидетельствует о том, что этот фермент помогает бактериям выживать в самых экстремальных условиях».
Huc — это «естественная батарея», которая производит постоянный электрический ток из воздуха. Хотя это исследование находится на ранней стадии, открытие Huc имеет значительный потенциал для разработки небольших устройств с воздушным питанием, например, в качестве альтернативы устройствам на солнечной энергии.
Бактерии, производящие такие ферменты, как Huc, широко распространены и могут выращиваться в больших количествах, а это означает, что у исследователей есть доступ к устойчивому источнику фермента.
По словам ученых, ключевой целью будущей работы является увеличение производства Huc. «Как только мы произведем Huc в достаточном количестве, небо буквально станет пределом для его использования для производства чистой энергии».