Batteria di funghi viventi: la bio-batteria che ha bisogno di essere alimentata e si degrada da sola
La microbiologia incontra l'ingegneria elettrica
Una batteria che non si deve caricare, ma... alimentare? È esattamente quello che hanno realizzato i ricercatori dell'Empa con la loro batteria di funghi biodegradabili stampati in 3D. La batteria vivente potrebbe fornire energia a sensori per l'agricoltura o la ricerca in regioni remote. Una volta terminato il suo lavoro, si dissolve dall'interno.
Il ricercatore dell'Empa Gustav Nystroem con la batteria di funghi racchiusa in una capsula di cera d'api.
Empa
I funghi sono affascinanti. Questo regno di creature viventi - più strettamente imparentate con gli animali che con le piante - comprende un'enorme varietà. Vi si trova di tutto: dai funghi commestibili alle muffe, dagli organismi unicellulari a quelli più grandi della Terra, dai parassiti che causano malattie ai supereroi che producono farmaci. Ora i ricercatori dell'Empa hanno ottenuto dai funghi un'altra capacità: generare elettricità.
Nell'ambito di un progetto di ricerca triennale sostenuto dalla Gebert Rüf Stiftung nell'ambito del programma di finanziamento "Microbials", i ricercatori del laboratorio "Cellulose and Wood Materials" dell'Empa hanno sviluppato una batteria di funghi funzionante. Le cellule viventi non producono molta elettricità, ma abbastanza per alimentare, ad esempio, un sensore di temperatura per diversi giorni. Tali sensori sono utilizzati in agricoltura o nella ricerca ambientale. Il vantaggio principale della batteria a fungo è che non solo è completamente atossica, a differenza delle batterie convenzionali, ma anche biodegradabile.
Funghi dalla stampante 3D
Correttamente parlando, la cella non è una batteria, ma una cosiddetta cella a combustibile microbica. Come tutti gli organismi viventi, i microrganismi convertono i nutrienti in energia. Le celle a combustibile microbiche sfruttano questo metabolismo e catturano parte dell'energia come elettricità. Finora sono state alimentate per lo più da batteri. "Per la prima volta abbiamo combinato due tipi di funghi per creare una cella a combustibile funzionante", spiega Carolina Reyes, ricercatrice dell'Empa. I metabolismi dei due funghi si completano a vicenda: sul lato anodico c'è un fungo di lievito il cui metabolismo rilascia elettroni. Il catodo è colonizzato da un fungo della muffa bianca, il tramete vellutato. Il tramete produce uno speciale enzima grazie al quale gli elettroni possono essere catturati e convogliati fuori dalla cellula.
I funghi non sono "piantati" nella batteria, ma sono parte integrante della cellula fin dall'inizio. I componenti della batteria a fungo sono stati realizzati con la stampa 3D. Ciò consente ai ricercatori di strutturare gli elettrodi in modo tale che i microrganismi possano accedere ai nutrienti il più facilmente possibile. A tal fine, le cellule fungine vengono mescolate all'inchiostro di stampa. È più facile a dirsi che a farsi: "È già abbastanza impegnativo trovare un materiale in cui i funghi crescano bene", afferma Gustav Nyström, responsabile del Laboratorio di Cellulosa e Materiali Legnosi. "Ma l'inchiostro deve anche essere facile da estrudere senza uccidere le cellule fungine e, naturalmente, deve essere elettricamente conduttivo e biodegradabile".
La microbiologia incontra l'ingegneria elettrica
Grazie alla vasta esperienza del loro laboratorio nella stampa 3D di materiali morbidi e a base biologica, i ricercatori sono riusciti a produrre un inchiostro adatto a base di cellulosa. Le cellule fungine possono persino utilizzare la cellulosa come fonte di nutrimento, contribuendo così a scomporre la cellula dopo l'uso. Tuttavia, il loro "cibo" preferito è costituito da semplici molecole di zucchero che vengono aggiunte alle batterie. "È possibile conservare le batterie di funghi in uno stato essiccato e attivarle al momento dell'uso semplicemente aggiungendo acqua e sostanze nutritive", spiega Reyes.
Sebbene i robusti funghi sopravvivano a queste fasi di essiccazione, lavorare con i materiali viventi ha posto una serie di sfide ai ricercatori. Il progetto interdisciplinare combina microbiologia, scienza dei materiali e ingegneria elettrica. Per caratterizzare le batterie di funghi, il microbiologo Reyes ha dovuto non solo acquisire tecniche di elettrochimica, ma anche adattarle all'inchiostro di stampa 3D.
I ricercatori vogliono ora rendere la batteria a fungo più potente e duratura e cercare altri tipi di funghi adatti a fornire elettricità. "I funghi sono ancora poco studiati e poco utilizzati, soprattutto nel campo della scienza dei materiali", concordano Reyes e Nyström.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
