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Uma fonte de energia muito diferente e muito limpa: o ar rarefeito

Um organismo microbiano extrai eletricidade da água do ar.

• Escondido na lama ao longo das margens do Rio Potomac, em Washington D.C., pode estar uma fonte nova e profunda de eletricidade.
• O micróbio fabrica nanofios que produzem uma carga a partir do vapor de água do ar comum.
• Já capaz de alimentar pequenos aparelhos eletrônicos, parece que a geração de energia em larga escala está ao seu alcance.

Começa a corrida louca para descobrir formas limpas e renováveis ​​de energia antes que seja tarde demais. Acontece que os pesquisadores podem, sem saber, tê-lo em mãos há décadas. É um organismo sedimentar encontrado pela primeira vez ao longo das margens lamacentas do Rio Potomac e relatado em um carta para o jornal Natureza em 1987. Acontece que o micróbio produz eletricidade do nada, um recurso que provavelmente não esgotaremos. Cientistas da Universidade de Massachusetts Amherst acabam de revelar o desenvolvimento de um dispositivo para coletar essa eletricidade em Natureza .

O incrível micróbio

Fonte da imagem: Anna Klimes e Ernie Carbone, UMass Amherst / Wikipedia

O micróbio em forma de bastão, Geobacter sulfurreducens é, como o próprio nome indica, um membro da Geobacter gênero, um grupo conhecido como 'eletrígenos' por sua conhecida capacidade de gerar uma carga elétrica. Foi o microbiologista da UMass Amherst Derek Lovley que encontrou e escreveu sobre o micróbio no final dos anos 80.

Foi também o laboratório de Lovlley que descobriu que o micróbio tem um talento para produzir nanofios de proteína condutores de eletricidade, e seu laboratório desenvolveu recentemente um novo Geobacter cepa que poderia produzi-los de forma mais rápida e econômica. 'Nós viramos E. coli em uma fábrica de nanofios de proteína, 'Lovley diz . O que isso significa, diz ele, é que “com este novo processo escalonável, o fornecimento de nanofios de proteína não será mais um gargalo para o desenvolvimento dessas aplicações”.

Entra engenheiro elétrico Jun Yao , também da UMass Amherst. Sua especialidade era a engenharia de dispositivos eletrônicos usando nanofios de silício. Os dois decidiram trabalhar juntos para ver se eles poderiam transformar Geobacter nanofios de proteína em algo útil.

Air-gen

A concepção de Artisit do Air-gen da dupla, com nanofios produtores de carga da Geobacter imaginados abaixo do dispositivo.

Fonte da imagem: Laboratórios UMass Amherst / Yao and Lovley

O fruto de sua colaboração é um dispositivo que eles chamam de 'Air-gen'. Ele emprega uma fina película de Geobacter nanofios com menos de 10 mícrons de espessura apoiados em um eletrodo. Outro eletrodo menor fica no topo do filme. O filme coleta, ou adsorve, vapor de água, e sua química de superfície e condutividade produzem uma carga que passa entre os dois eletrodos através das lacunas entre os nanofios individuais.

O aluno de doutorado de Yao, Xiaomeng Liu, lembra: 'Eu vi que quando os nanofios foram contatados com eletrodos de uma maneira específica, os dispositivos geraram uma corrente. Descobri que a exposição à umidade atmosférica era essencial e que os nanofios de proteína adsorviam água, produzindo um gradiente de voltagem no dispositivo. '

Diz Yao: 'Estamos literalmente produzindo eletricidade do nada.' O Air-gen gera energia limpa 24 horas por dia, 7 dias por semana. 'É a aplicação mais incrível e emocionante de nanofios de proteína até agora.' Os dois consideram sua nova tecnologia não poluente, renovável e de baixo custo - com vantagens distintas em relação a outras fontes de energia em desenvolvimento, como solar e eólica, por pelo menos uma grande razão: “funciona até em ambientes fechados”, observa Lovley.

Algo no ar

Corrente elétrica produtora de ar

Fonte da imagem: Laboratórios UMass Amherst / Yao and Lovley

Neste ponto, o Air-gen gera 'uma voltagem sustentada de cerca de 0,5 volts em um filme de 7 micrômetros de espessura, com uma densidade de corrente de cerca de 17 microamperes por centímetro quadrado,' energia suficiente para operar pequenos aparelhos eletrônicos. O encadeamento de várias unidades Air-gen produz ainda mais voltagem. O dispositivo marca um avanço óbvio em relação a outros dispositivos existentes de coleta de energia à base de umidade, que são capazes apenas de explosões intermitentes de eletricidade que duram menos de 50 segundos.

Lovley e Yao planejam modificações do Air-gen que permitirão ao Air-gen substituir as baterias usadas em vestíveis eletrônicos - relógios inteligentes e outros dispositivos de saúde e fitness - fornecendo energia auto-renovável. Eles também esperam que em breve forneça energia para telefones celulares que o usuário não precisará mais recarregar.

'O objetivo final', diz Yao, 'é fazer sistemas em grande escala. Por exemplo, a tecnologia pode ser incorporada à tinta de parede que pode ajudar a energizar sua casa. Ou podemos desenvolver geradores autônomos movidos a ar que fornecem eletricidade da rede. Assim que chegarmos a uma escala industrial para a produção de arame, espero que possamos fazer grandes sistemas que darão uma grande contribuição para a produção de energia sustentável. '

Claramente empolgado com o trabalho até agora, Yao diz: 'Este é apenas o começo de uma nova era de dispositivos eletrônicos baseados em proteínas.'

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