Живой источник: на 3D-принтере напечатали экологичную батарейку из грибков

Как вам идея батареи, которую нужно кормить, а не заряжать? Именно этого добились исследователи из швейцарской компании Empa, создав биоразлагаемую грибковую батарею, напечатанную на 3D-принтере. Живая батарейка может питать датчики в сельском хозяйстве или исследований в отдалённых регионах. А после истечения срока службы она переваривает себя изнутри.

Царство грибов — это мир организмов, которые ближе к животным, чем к растениям, и отличается оно огромным разнообразием. В нём можно найти всё: от грибов, употребляемых в пищу, до плесени, от одноклеточных до самых больших организмов на Земле, от инфекционных угроз до источника лекарств. Исследователи из Empa отыскали у грибов ещё одну способность: вырабатывать электричество.

В ходе трёхлетнего научного проекта специалисты Empa создали работающие образцы грибной батареи. Живые клетки в ней вырабатывают не много электричества, но его хватает, к примеру, чтобы несколько суток питать датчик температуры. Такие датчики служат в сельском хозяйстве или для экологических исследований. Самое большое преимущество грибной батареи — она не только абсолютно безвредна для окружающей среды, но и разлагается естественным путём.

Строго говоря, созданный концепт — не батарея, а так называемый микробный топливный элемент. Как и все прочие живые организмы, одноклеточные грибы преобразуют свой корм в электроток. Вообще, топливные элементы с микробами внутри функционируют благодаря метаболизму (обмену веществ), превращая часть своей жизненной энергии в электричество. Но до сих пор такие изобретения в основном работали на основе бактерий.



Исследовательница из Empa Каролина Рейес рассказала, что ради создания работающих энергетических элементов они с коллегами впервые скомпоновали два вида грибков. Их обменные процессы дополняют друг друга: на аноде (электроде, от которого движутся электроны) расположен дрожжевой грибок, метаболизм которого высвобождает электроны. На катоде (электроде, к которому движутся электроны) — грибок белой гнили, поражающий древесину, который вырабатывает фермент (вещество, содействующее различным химическим реакциям), улавливающий электроны и выводящий их из батарейки.

Грибки не добавляют в живую батарейку — они изначально её неотъемлемые составляющие. Составляющие батареи формируются с помощью 3D-печати. Технология позволила изобретателям изготавливать электроды так, чтобы грибковым микроорганизмам было легче получать питательные вещества. Проще говоря, клетки грибков смешиваются с чернилами (материалом) для печати.

О поисках подходящей основы для принтерных чернил рассказал Густав Нистрём, завлабораторией.


— Нистрём.

В итоге изобретатели смогли создать необходимые чернила для принтера на базе целлюлозы. Клетки грибков используют целлюлозу в качестве питательного вещества и таким образом способствуют разложению батареи после их истощения. Короче говоря, она в итоге попросту сгнивает. Но активирующий источник питательных веществ для грибков — это сахара, которые добавляют в ранее напечатанные батарейки.


— Рейес.

Несмотря на то, что устойчивые к засухе грибы выживают и без влаги, использование живых организмов обозначило перед учёными ряд проблем. Вот почему проект потребовал знаний в микробиологии, материаловедении и электротехнике. Например, микробиологу Рейес пришлось изучать электрохимию, усовершенствуя её методы для составления чернил.



Теперь изобретатели планируют сделать грибную батарею более мощной и долговечной. А также специалисты из Швейцарии хотят подыскать другие виды грибков, которые пригодны для выработки электроэнергии. Рейес и Нистрём убеждены, что царство грибов недостаточно изучено и используется.