Вчені виявили фермент, який перетворює повітря на електрику

Австралійські дослідники виявили фермент, здатний перетворювати повітря в енергію. Дослідження, яке нещодавно було опубліковано в престижному журналі Nature, показує, що фермент використовує невелику кількість водню в повітрі для генерації електричного струму. Цей прорив відкриває шлях для розробки пристроїв, які можуть генерувати енергію буквально з повітря. Відкриття було зроблено командою вчених під керівництвом доктора Ріса Грінтера, Ешлі Кропп, доктора філософії. студент і професор Кріс Грінінг з Інституту дослідження біомедицини університету Монаша в Мельбурні, Австралія. Команда виробила та дослідила фермент, що споживає водень, отриманий з бактерії, яка зазвичай зустрічається в ґрунті.

Остання робота команди показала, що багато бактерій використовують водень з атмосфери як джерело енергії в бідних поживними речовинами середовищах. «Ми вже деякий час знаємо, що бактерії можуть використовувати залишки водню в повітрі як джерело енергії, щоб допомогти їм рости та виживати, зокрема в антарктичних ґрунтах, вулканічних кратерах і глибоководному океані», — сказав професор Грінінг. «Але ми не знали, як вони це зробили, досі».

У цій статті Nature дослідники витягли фермент, відповідальний за використання атмосферного водню, з бактерії під назвою Mycobacterium smegmatis. Вони показали, що цей фермент під назвою Huc перетворює газоподібний водень в електричний струм.

Доктор Грінтер зазначає: «Huc є надзвичайно ефективним. На відміну від усіх інших відомих ферментів і хімічних каталізаторів, він навіть споживає водень нижче атмосферного рівня – лише 0,00005% повітря, яким ми дихаємо».

Дослідники використали кілька передових методів, щоб розкрити молекулярний план окислення водню в атмосфері. Вони використовували вдосконалену мікроскопію (кріо-ЕМ), щоб визначити його атомну структуру та електричні шляхи, розсуваючи межі для створення найбільш чіткої структури ферменту, про яку повідомляв цей метод на сьогодні. Вони також використовували техніку під назвою електрохімія, щоб продемонструвати, що очищений фермент створює електрику при мінімальних концентраціях водню.

Лабораторна робота, проведена пані Кропп, показує, що очищений Huc можна зберігати протягом тривалого часу.

«Це напрочуд стабільно. Можна заморозити фермент або нагріти його до 80 градусів за Цельсієм, і він збереже свою здатність генерувати енергію», – сказала пані Кропп. «Це свідчить про те, що цей фермент допомагає бактеріям виживати в найекстремальніших умовах».

Huc — це «природна батарея», яка виробляє постійний електричний струм із повітря або доданого водню. Хоча це дослідження знаходиться на ранній стадії, відкриття Huc має значний потенціал для розробки невеликих пристроїв з повітряним приводом, наприклад, як альтернативу пристроям, що працюють на сонячних батареях.

Бактерії, які виробляють такі ферменти, як Huc, поширені, і їх можна вирощувати у великих кількостях, тобто ми маємо доступ до сталого джерела ферменту. Доктор Грінтер каже, що головною метою майбутньої роботи є розширення виробництва Huc. «Коли ми виробляємо Huc у достатніх кількостях, небо буквально стає межею для використання його для виробництва чистої енергії».