Híres baktériumok

Saccharomyces cerevisiae. Nem szerepel a címlapokon, nem futunk össze vele az újságok oldalain, valószínűleg fel sem ismerjük, így, a hivatalos neve alapján. Pedig a Sc.-t mindenki ismeri, szereti, és használja a mindennapjai során és kis híján kiérdemelte magának a dicsőséget is, hogy ő legyen az első, áram generálására alkalmas baktériumfajta a történelemben. A Saccharomyces cerevisiae, hétköznapi nevén élesztőgomba volt a tesztalany Michael Potternek, a Durham Egyetem botanikaprofesszorának kísérletében, mely során, 1911-ben először próbálkozott meg vele, hogy hivatalos körülmények között megpróbáljon elektromosságot produkálni mikroorganizmusok segítségével.

Potter üzemanyagcellája egy üvegcsőből állt, melyet tíz százalékos cukoroldattal töltöttek fel, majd egy dialízisre alkalmas hengert lógattak bele.

A csőbe élesztővel kevert cukoroldat került, a behelyezett platina elektródák kivezettek a galvanométerhez csatlakoztatott rézdrótokhoz. Azonban Potter sehogyan sem tudta elérni, sem a méret, sem az elektródák anyagának változtatásával, hogy az élesztő 0.5 V-nál több áramot legyen képes előállítani. Így jutott zsákutcába az első (legalábbis az első dokumentált) eset, mikor a baktériumoktól várták az elektromosság előállítását a tudósok.

De a kísérletek nem szűntek meg

• 1931-ben Barnett Cohen összekötötte a baktérium alapú üzemanyagcellákat, 35 V-ot generálva
• 1960-as években Milton Allen az E.coli metabolikus viselkedését vizsgálta, de a mikroorganizmusok élelemfelhasználásának mindössze egy százalékát sikerült árammá transzformálnia
• Szintén az 1960-as években a NASA is kedvet kapott az elektromosság újfajta előállítási módszereinek kutatásához, ők elősorban az organikus hulladék felhasználásával szerették volna ezt megoldani. Glükózból, kókuszolajból vagy éppen kukoricacsuhéból nyerték ki az üzemanyagot, alkoholt és hidrogént. Az így alkotott akkumulátorok prototípusa képes volt a tranzisztoros rádiók működtetésére, de az ügynökség végül kifogyott a kutatásra szánt pénzből (a holdraszállás mégiscsak nagyobb prioritást élvezett)
• A Mobil olajvállalat a Pseudomonas methanicát használta a tesztekhez
• Argentin kutatók a Micrococcus cerificans képességeiben látták meg a jövőt
• A londoni Queens Elizabeth College csapata 1980-ban a Proteus vulgaris glükóz oxidációjából származó elektromosságot “aratták le”, majd áttértek a hatékonyabb E.colira

Azonban a kísérletező tudósok mindig ugyanabba a problémába futottak bele, mégpedig, hogy a létrehozott áram mennyisége elenyészően csekély volt.

A gondot a folyamatok során könnyedén elszökő hő (mely az elektronok nagy részét jelenti) és a mikroorganizmusok sejtfalai és membránjai okozzák, melyek korlátozzák az elektronokhoz való hozzáférést. A nem éppen költséghatékony és kevés valós eredménnyel kecsegtető próbálkozások az utópisztikus elképzelések sorába helyezték a baktérium-generátorok ötletét, legalábbis az idea, hogy nagyüzemi vagy mindennapi felhasználás során is alkalmazhassák a módszert, sok ideig kivitelezhetetlennek tűnt.

Energiavámpírok

Pedig a világ energiaéhsége egyre nagyobb méreteket ölt. Az áram előállítására rengeteg féle módszer létezik, zöld, kék, nukleáris, környezetszennyező és környezetbarát, napfényes és sötétben is működő, szokásos és szokatlan, azonban sok ezek közül nem működik olyan hatásfokon, hogy ki tudja elégíteni az igényeket. Az ötlet, hogy a mikroszkopikus segítőtársainkat is bevonjuk az energia kinyerésének állandóan sürgető missziójába, az évezredben nem csak újra előtérbe került, hanem új lehetőségeket nyitott meg.

A legújabb kutatások során az elektromosságot már a puszta levegőből nyerték ki a tudósok.

Az elmúlt évtizedekben megfigyelték, hogy bizonyos baktériumfajták protein nanovezetékeken keresztül szállítják az elektronokat társaik számára, villamos áramot generálva.

Két évvel ezelőtt Liu Xiaomeng, a Massachusetts Egyetem (UMass) végzős diákja észrevette, hogy ezek a nanovezetékek időnként spontán módon, maguktól is termeltek áramot. Oktatója, Yao Jun eleinte szkeptikus volt a felfedezéssel kapcsolatban, azonban további kísérletek kiderítették, hogy a nanodrótokból összerakott vékony filmrétegből és aranylemezekből megalkotott szendvics valóban képes volt elektromosságot generálni legalább húsz órán keresztül.

És az eszköz újra is tudta tölteni magát.

A trükk az volt, hogy a drótok egy részét szabadon kellett hagyni, hogy érintkezésbe tudjanak lépni a párás levegővel. A kutatók próbálták megfejteni a jelenséget, de nem találtak kielégítő magyarázatot a történtekre.

• Az aranylemez nem adhatott át elektronokat a baktériumoknak, mivel a kísérlet második fázisában használt szénlapok is ugyanúgy működésbe hozták a folyamatot, pedig a szén nem közvetít egykönnyen elektronokat
• A nanovezetékek dezintegrációja sem lehet az ok, mivel a vezetékek újra tudtak töltődni
• A fény időnként olyan kémiai folyamatokat indít be, melyek hozzájárulnak az elektronok felszabadulásához. Azonban a teszt sötétben is működött

Utoljára következett a magyarázat, mely végül helyesnek bizonyult: a baktériumok a levegő víztartalmából szerzik az elektromossághoz szükséges “muníciót”. Mikor a kísérletet kevésbé nyirkos környezetben is lefolytatták, az áramerősség azonnal csökkenni kezdett. A kutatók ezután különböző páratartalmú körülmények között végeztek teszteket és a dolog működött, akár New Orleans párás levegőjét, akár a Szahara szárazságát szimulálták, de a legideálisabb a negyvenöt százalékos páratartalom volt. A titok nyitja, hogy a film felső részét szabadon kell hagyni, így az felszívja a nedvességet, majd a kialakuló cseppek hidrogén - és oxigénionokká bomlanak, feszültséget létrehozva a felső rétegben. A rétegek közti feszültségeltérés az elektronok mozgáshoz vezet. A vízpára használata “forradalmi technológia, hogy megújuló, zöld és olcsó energiához jussunk a levegő nedvességtartalmának kinyerésével.” - mondta Qu Liangti, a Tsinghua Egyetem anyagkutatója.

Az “air-gen”, ahogy feltalálója hívja, sokkal jobb hatásfokon használja ki a technikában rejlő lehetőségeket, mint az eddigi próbálkozások során alkotott eszközök, akár több hónapig is képes áramot generálni, megszázszorozva az előállított energia mennyiségét.

“Az eredményeink demonstrálják, hogy lehetséges egy folyamatos energiaellátási stratégia létrehozása, melyet nem határol be a helyszín megválasztása, vagy a környezeti hatások, mint a többi fenntartható megoldás kivitelezésénél

[...]A végső cél, hogy nagyléptékű rendszereket tervezzünk. Például a technológiát beépíthetjük falfestékekbe, melyek aztán elláthatják energiával az otthonainkat. Vagy önálló, “levegő-meghajtású” generátorokat fejleszthetünk, melyek lehetővé teszik, hogy ne a konnektorból kelljen áramhoz jutnunk. Ha egyszer ipari méretekben is előállítjuk a vezetékeket, bízok benne, hogy jelentős mértékben hozzá tudunk járulni a fenntartható energiaellátáshoz.”

(Forrás: UMass, Fotó: Flickr/hcit-india, Flickr/chapter3)