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Biocombustibili: trasformare l’elettricità in carburante? Si può!

 

Un gruppo di ricercatori ha scoperto un modo per crescere batteri ferro-ossidanti usando elettricità al posto del ferro! Questo rappresenta un grande vantaggio tecnico che permetterà di studiare meglio questi organismi che un giorno potranno essere impiegati per trasformare l’elettricità in carburante. Lo studio è stato pubblicato il 29 Gennaio sulla rivista scientifica mBio, della American Society of Microbiology.

Mariprofundus ferrooxydans vista al microscopio, con le due parti di crescita segnalate. Credit: PLoS ONE

Il metodo, chiamato “coltivazione elettrochimica”, fornisce a questi matteri un costante nutrimento di elettroni che i batteri usano per respirare. Questo potrebbe un giorno permettere all’elettricità prodotta da panelli solari o pale eoliche, di essere diretta verso batteri ossidanti che la mischiano insieme al diossido di carbonio dell’atmosfera per creare biocombustibili, catturando così l’energia in maniera pulita ed accumulabile.

“Si tratta di un nuovo modo per coltivare un microorganismo che è sempre stato molto difficile da studiare. Ma il fatto che questi organismi possono sintetizzare tutto quello di cui hanno bisogno usando solo l’elettricità li rende molto interessanti per le nostre ricerche.” ha spiegato Daniel Bond, dell’Istituto di BioTecnologie dell’Università di Minnesota, che è stato co-autore di questa ricerca insieme a Zarath Summers e Jeffrey Gralnick.

 

Per respirare, gli ossidanti di ferro rubando gli elettroni del ferro dissolto, chiamato Fe(II)- in un processo che produce copiose quantità di ruggine, che tecnicamente è chiamato Fe(III)-. I batteri ferro-ossidanti si trovano da per tutto sul pianeta dove un ambiente aerobico (con tanto ossigeno) incontra un ambiente anaerobico (privo di ossigeno). Giocano un grande ruolo nel ciclo globale del ferro e contribuiscono alla corrosione delle strutture ferrose costruite dall’uomo, come ponti, tubature o navi, ma il loro stile di vita a questo confine di due differenti habitat e l’accumulazione di cellule in cui intrappolano Fe(III) rende questi batteri molto difficili da crescere in laboratorio per studiarli meglio.

Gli scienziati ritengono che questi batteri si occupano della parte di ossidazione del ferro sulla loro superficie. Se ciò è vero, pensa Bond, la parte esterna degli organismi dovrebbe essere coperta di proteine che interagiscono con il Fe(II), quindi in teoria dovrebbe essere possibile fornire un flusso di elettroni puri alla parte esterna dei batteri per farli crescere.

 

Batteri ferrossidanti su una roccia sul fondale oceanico. Credit: Laitr Keiows

Bond ed i suoi colleghi hanno aggiunto il battero ossidante marino Mariprofundus ferrooxydans PV-1, insieme ad ambiente molto nutriente, ad un elettrodo attentamente sintonizzato per fornire elettroni allo stesso livello energetico, o potenziale, che verrebbe fornito dal Fe(II). L’idea, spiega Bond, è stata quella di “ingannare i batteri a pensare che sono davanti al miglior buffet al mondo di atomi di Fe(II).”

 

E ha funzionato! I batteri si sono moltiplicati e hanno formato un film intorno all’elettrodo, spiega Bond, e alla fine sono riusciti a coltivare la M. ferrooxydans senza alcun atomo di ferro nell’ambiente, dimostrato che i batteri stavano davvero vivendo solo degli elettroni che stavano assorbendo dall’elettrodo, catturando così diossido di carbonio dall’ambiente, e replicandosi. E dato che il donatore di elettrodi era una superficie solida, spiegano gli autori, è molto probabile che il macchinario di coltivazione batterica è esposto alla membrana esterna della cellula.

Mariprofundus ferrooxydans vista al microscopio insieme alle soluzione in cui è contenuta. Credit: PLoS ONE

 

Ed è proprio questo diossido di carbonio catturato che potrebbe in futuro permettere la coltivazione elettrochimica per creare biocombustibili e altri prodotti utili, spiega Bond.

“I batteri sono esperti nel catturare diossido di carbonio. Ci costruiscono poi le cellule ed i vari composti di cui hanno bisogno” con il carbonio, spiega lo scienziato. Potrebbero un giorno essere sfruttati come accumulatori microscopici di energia: batteri come la M. ferrooxydans potrebbero catturare l’energia elettrica da un elettrodo, combinarla con l’anidride carbonica nell’aria e impacchettare il tutto in un composto ricco di carbonio da usare come combustibile. Questo permetterebbe di trattenere l’energia presente nell’elettricità, che è molto effimera e difficile da trattenere, convertendola in un prodotto tangibile che potrebbe essere accumulato e distribuito.
Ma ovviamente siamo solo agli inizi di questo lungo processo, come spiega lo stesso Bond. “Se ci sono 100 passi per arrivare a trasformare tutto questo in realtà, questo è solo il passo numero 1”.

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