Imagem gráfica de
uma fina película de nanofios de proteínas gerando eletricidade a partir da
umidade atmosférica. A nova tecnologia verde permite gerar energia a partir da
umidade do ar. Pesquisadores da UMass Amherst dizem que o dispositivo pode
literalmente produzir eletricidade do nada. (Crédito: Laboratórios UMass
Amherst / Yao e Lovley)
Pesquisadores
da Universidade de Massachusetts Amherst desenvolveram uma nova tecnologia
verde que usa uma proteína natural para criar eletricidade a partir da umidade
no ar, uma nova tecnologia que eles dizem que poderia ter implicações
significativas para o futuro da energia renovável, das mudanças climáticas e no
futuro da medicina.
Como relatado
na revista Nature, o engenheiro elétrico Jun Yao e o microbiologista Derek
Lovley na UMass Amherst criaram um dispositivo que eles chamam de “Air-gen” ou
gerador movido a ar, com nanofios de proteína eletricamente condutiva
produzidos pelo micróbio Geobacter. O Air-gen liga os eléctrodos aos nanofios
proteicos de tal forma que a corrente eléctrica é gerada a partir do vapor de
água naturalmente presente na atmosfera.
“Estamos
literalmente fazendo eletricidade do ar rarefeito”, diz Yao. “O Air-gen gera
energia limpa 24 horas por dia, 7 dias por semana.” Lovely, que tem avançado
materiais eletrônicos baseados em biologia sustentável durante três décadas,
acrescenta, “É a mais incrível e excitante aplicação de nanofios de proteína
até agora”.
A nova
tecnologia desenvolvida no laboratório da Yao não é poluente, ela é renovável e
de baixo custo. Ela pode gerar energia mesmo em áreas com umidade extremamente
baixa, como o Deserto do Saara. Ela tem vantagens significativas sobre outras
formas de energia renovável, incluindo solar e eólica, diz Lovley, porque, ao
contrário dessas outras fontes de energia renovável, o Air-gen não requer luz
solar ou vento, e “funciona até mesmo dentro de casa”.
O dispositivo
Air-gen requer apenas uma fina película de nanowires de proteína com menos de
10 microns de espessura, explicam os pesquisadores. A parte inferior da
película repousa sobre um eletrodo, enquanto um eletrodo menor, que cobre apenas
parte da película de nanofios, fica em cima. A película absorve o vapor de água
da atmosfera. Uma combinação da condutividade elétrica e da química de
superfície dos nanofios da proteína, juntamente com os poros finos entre os
nanofios dentro da película, estabelece as condições que geram uma corrente
elétrica entre os dois eletrodos.
Os
pesquisadores dizem que a geração atual de dispositivos Air-gen é capaz de
alimentar pequenos eletrodos eletrônicos e esperam trazer a invenção à escala
comercial em breve. Os próximos passos que eles planejam incluem o
desenvolvimento de um pequeno “patch” Air-gen que pode alimentar os aparelhos
eletrônicos, como monitores de saúde e fitness e relógios inteligentes, o que
eliminaria a necessidade de baterias tradicionais. Eles também esperam
desenvolver Air-gens para aplicar em telefones celulares, a fim de eliminar a
carga periódica.
Yao diz: “O
objetivo final é fazer sistemas em larga escala. Por exemplo, a tecnologia pode
ser incorporada na pintura de parede que pode ajudar a energizar a sua casa”.
Ou, podemos desenvolver geradores autônomos movidos a ar que fornecem
eletricidade fora da rede. Quando chegarmos a uma escala industrial para a
produção de fios, espero plenamente que possamos fazer grandes sistemas que
darão uma grande contribuição para a produção de energia sustentável”.
Continuando a
avançar as capacidades biológicas práticas de Geobacter, o laboratório de
Lovley desenvolveu recentemente uma nova estirpe microbiana para produzir mais
rápida e barata massa de nanofios proteicos. “Transformamos a E. coli em uma
fábrica de nanofios proteicos”, diz ele. “Com este novo processo escalável, o
fornecimento de nano-fios de proteína não será mais um gargalo para o
desenvolvimento destas aplicações”.
A descoberta
da Air-gen reflete uma colaboração interdisciplinar incomum, dizem eles. Lovley
descobriu o micróbio Geobacter na lama do rio Potomac, há mais de 30 anos. O
seu laboratório descobriu mais tarde a sua capacidade de produzir nanofios de
proteínas eletricamente condutivas. Antes de vir para a UMass Amherst, Yao
havia trabalhado durante anos na Universidade de Harvard, onde ele projetou
dispositivos eletrônicos com nanofios de silício. Eles uniram forças para ver
se dispositivos eletrônicos úteis poderiam ser feitos com os nanofios proteicos
colhidos em Geobacter.
Xiaomeng Liu,
um estudante de doutorado no laboratório de Yao, estava desenvolvendo
dispositivos sensores quando notou algo inesperado. Ele se lembra: “Eu vi que
quando os nanofios foram contatados com eletrodos de uma forma específica os
dispositivos geraram uma corrente”. Descobri que a exposição à umidade
atmosférica era essencial e que os nanofios de proteínas adsorviam água,
produzindo um gradiente de voltagem através do dispositivo”.
Além do
Air-gen, o laboratório de Yao desenvolveu várias outras aplicações com os
nanofios proteicos. “Este é apenas o início de uma nova era de dispositivos
eletrônicos baseados em proteínas”, disse Yao.
O estudo foi publicado na revista Nature, clique aqui para
acessá-lo.
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