Фотосинтезирующие бактерии, также известные как цианобактерии или сине-зеленые водоросли, можно найти во всех водоемах, где они выживают за счет фотосинтеза. Природное мастерство цианобактерий в решении этой задачи уже вдохновило научное сообщество на создание многообещающих направлений исследований в области возобновляемых источников энергии, от бионических грибов, вырабатывающих электричество, до биореакторов, работающих на водорослях, которые поглощают углекислый газ.
Ученые построили «наногород» для бактерий, которые производят электричество
Ученые давно изучают способность фотосинтезирующих бактерий превращать солнечный свет, углекислый газ и воду в энергию. Предоставив микроорганизмам подходящее жилище, похожее на многоэтажный жилой дом, ученые открыли новые горизонты в области биоэнергетики.
Крошечные сетки «наножилья» создают оптимальную среду, которая не только способствует быстрому росту бактерий, но и поднимает их потенциал по сбору энергии на новую высоту.
Цианобактерии процветают в таких средах, как поверхности озер, поскольку для роста им требуется много солнечного света. Команда из Кембриджского университета совершила прорыв, экспериментируя со способами оптимального удовлетворения потребностей сине-зеленых водорослей. Важный фактор, который команда должна была учесть, заключалась в том, что для сбора энергии, которую цианобактерии производят в результате фотосинтеза, их нужно каким-то образом прикрепить к электродам. Создавая электроды, которые также способствуют росту бактерий, ученые эффективно пытаются убить двух зайцев одним выстрелом.
Зеленый налет, который можно увидеть на многих водоемах — это взвесь цианобактерий
Наноэлектроды будущего
Команда использовала 3D-печать для производства электродов, сделанных из наночастиц оксида металла, которые были расположены в виде плотно упакованных наборов столбов, что со стороны очень похоже на крошечный город с высотными зданиями. В этом городе обитали цианобактерии, которые с большой эффективностью вырабатывали электричество. Полезный выход системы был так велик, что количество поступающей энергии возросло «более чем на порядок».
Еще одна сильная сторона такого подхода заключается в том, что технику печати можно адаптировать для производства структур разной высоты и масштаба, а это означает, что структура «наногорода» легко подстраивается под особенности конкретных проектов. Таким образом, исследование не только показывает, как можно лучше улавливать энергию этой формы фотосинтеза, но также открывает новые возможности в области дизайна электродов.