Bactérias ‘mini-arranha-céus’ convertem luz em eletricidade

Os cientistas de fato imprimiram em grades 3D de “nano-alojamento” de altura, na escala de bactérias. Essas estruturas foram criadas em nanopartículas de óxido de índio-estanho e permitem que seus habitantes desenvolvam rapidamente uma colônia lá. No entanto, esta “moradia” não é gratuita! Esses mini “arranha-céus” são na verdade eletrodos, já que os pesquisadores esperam que as bactérias que se instalam ali produzam energia que pode ser usada por humanos.

De fato, é um tipo específico de bactéria que é alvo dessa inovação: cianobactérias, ou bactérias fotossintéticas. De acordo com a definição da ANSES , “ cianobactérias são micro-organismos que estão presentes na Terra há dois a três bilhões de anos. Presentes em todo o mundo, nas plantas, na água, mas também na areia, moldam o nosso planeta. (…) Quando as condições ambientais – temperatura, nutrientes – lhes são favoráveis, podem proliferar massiva e rapidamente, por vezes em poucos dias ”.

É também isso que faz com que essa bactéria, quando se desenvolve muito na água, possa dar essa cor verde e esses maus odores pouco valorizados… Você já deve ter entendido, as cianobactérias são tudo menos um recurso raro. É essa prolixidade, associada a uma de suas particularidades, que os torna tão interessantes para os cientistas. De fato, eles têm a particularidade de poder realizar a fotossíntese e produzir naturalmente elétrons como “resíduos”.

A teoria, portanto, parece bastante simples: bastaria “conectar” essas bactérias a eletrodos para recuperar a energia natural da fotossíntese. No entanto, muitos cientistas tentaram sem realmente alcançar resultados exploráveis, explicam os pesquisadores em um comunicado de imprensa da Universidade de Cambridge: ” Houve um gargalo na quantidade de energia que você pode realmente extrair dos sistemas fotossintéticos, mas ninguém descobriu onde está ”, diz Jenny Zhang, do Departamento de Química Yusuf Hamied, que liderou a pesquisa. “A maioria dos cientistas assumiu que estava no lado biológico, em bactérias, mas descobrimos que um gargalo substancial está realmente no lado do hardware .”

Uma “mini-cidade” para fazer as bactérias viverem em comunidade

De fato, dependendo de como as bactérias estão instaladas, parece que podemos recuperar mais ou menos eletricidade. Várias restrições entram em jogo: para recuperar a energia produzida, as bactérias devem ser conectadas a eletrodos. Por outro lado, para produzir muita energia, eles devem estar em um local bem iluminado, como a superfície de um lago no verão. Essas bactérias também vivem em uma “comunidade” e, portanto, não devem ser muito isoladas.

É, pois, tendo em conta todos estes parâmetros que a equipa de investigadores concebeu uma nanoestrutura composta por eléctrodos que formam pilares muito pequenos adaptados ao modo de vida das bactérias. Para isso, desenvolveram um método de impressão 3D capaz de controlar diversas escalas de comprimento, tornando as estruturas altamente personalizáveis.

” Os eletrodos têm excelentes propriedades de gerenciamento de luz, como um apartamento alto com muitas janelas “, diz Jenny Zhang, que traça paralelos com arranha-céus. “ As cianobactérias precisam de algo a que possam se ligar e formar uma comunidade com seus vizinhos. Nossos eletrodos permitem um equilíbrio entre uma grande superfície e muita luz, como um arranha-céu de vidro ”. A estrutura final também pode ser comparada a uma cidade em miniatura composta de arranha-céus.

Uma vez instaladas dessa forma, as bactérias se mostraram produtivas, e os pesquisadores também puderam observar de perto como elas convertem a luz, a fim de otimizar sua colheita. “ Nossa abordagem nos permite explorar seu caminho de conversão de energia em um estágio inicial, o que nos ajuda a entender como eles realizam a conversão de energia para que possamos usar seus caminhos naturais para a produção de combustíveis renováveis ”, dizem eles.

A recuperação de energia atingiu, portanto, um nível de eficiência que poderia torná-la utilizável entre outras formas de energia renovável. Os pesquisadores ainda afirmam que o método é mais eficaz do que certas tecnologias biotecnológicas atualmente em uso, principalmente na criação de biocombustíveis. ” Nossa abordagem é um passo para tornar dispositivos de energia renovável ainda mais sustentáveis ​​para o futuro “, disse Jenny Zhang. O estudo, no entanto, especifica que as nanoestruturas são compostas de índio-estanho, um material conhecido por ser raro e não renovável.

Fonte: Nature Materials