Мировой рост электронных отходов и сокращение невозобновляемых ресурсов подтолкнули сотрудников швейцарской компании Empa к объединению электротехники, материаловедения и микробилогии. Результатом их работы стала напечатанная на 3D-принтере батарейка из целлюлозы с «начинкой» из грибков.
Одно из направлений зеленой электроники — микробные топливные элементы (МТЭ) или биобатареи, использующие окислительно-восстановительный метаболизм микроорганизмов для производства энергии. Используемые в них микроорганизмы метаболизируют органические вещества (сточные воды или сахара) или используют световую энергию и фотосинтез. Используя эту концепцию исследователи разработали свой прототип биобатареи.
Изобретение работает за счет взаимодействия двух типов грибов: со стороны анода находится дрожжевой гриб (Saccharomyces cerevisiae ) метаболизм которого высвобождает электроны, а катод колонизируется грибком белой гнили (Trametes pubescens ), который вырабатывает особый фермент, позволяющий захватывать электроны и выводить их из ячейки.
Батареи производятся с помощью 3D-печати. Для этого клетки грибов смешиваются с чернилами на основе целлюлозы. Грибковые клетки могут даже использовать целлюлозу в качестве питательного вещества и, таким образом, способствовать разрушению батареи после использования. Однако их предпочтительным источником питательных веществ являются простые сахара, которые добавляются в ячейки батареи. Исследователь Empa Каролина Рейес пояснила:
— Вы можете хранить грибковые батареи в сухом состоянии и активировать их на месте, просто добавляя воду и питательные вещества.
Да, живые клетки не вырабатывают много электроэнергии. Как показала практика, биобатарея Empa может производить от 300 до 600 мВ в течение нескольких дней, обеспечивая 3–20 мкА для внешних нагрузок от 10 до 100 кОм. Присоединение четырех батарей параллельно может питать небольшой датчик температуры, используемый для сельского хозяйства или исследований окружающей среды в течение 65 часов.
Теперь команда исследователей сделать своё изобретение более мощным и долговечным, а также искать другие виды грибов, которые были бы пригодны для подачи электроэнергии. Но главное преимущество грибковых биобатарей уже понятно однозначно: они нетоксичны и биоразлагаемы.
