Come riportato oggi su Nature , i laboratori dell’ingegnere elettrico Jun Yao e del microbiologo Derek Lovley della UMass Amherst hanno creato un dispositivo che chiamano “Air-gen”. o generatore ad aria, con nanofili proteici elettricamente conduttivi prodotti dal microbo Geobacter. L’Air-gen collega gli elettrodi ai nanofili proteici in modo tale che la corrente elettrica sia generata dal vapore acqueo naturalmente presente nell’atmosfera.

“Stiamo letteralmente producendo elettricità dal nulla”, afferma Yao. “L’Air-gen genera energia pulita 24/7”. Lovely, che ha sviluppato materiali elettronici basati sulla biologia sostenibile nel corso di tre decenni, aggiunge: “È l’applicazione più sorprendente ed eccitante dei nanofili proteici”.

La nuova tecnologia sviluppata nel laboratorio di Yao non è inquinante, rinnovabile ed economica. Può generare energia anche in aree con umidità estremamente bassa come il deserto del Sahara. Ha vantaggi significativi rispetto ad altre forme di energia rinnovabile, tra cui il solare e l’eolico, afferma Lovley, perché a differenza di queste altre fonti di energia rinnovabile, l’Air-gen non richiede luce solare o eolica e “funziona anche in ambienti chiusi”.

Il dispositivo Air-gen richiede solo un sottile film di nanofili proteici di spessore inferiore a 10 micron, spiegano i ricercatori. La parte inferiore del film poggia su un elettrodo, mentre un elettrodo più piccolo che copre solo una parte del film di nanofili si trova in cima. Il film assorbe il vapore acqueo dall’atmosfera. Una combinazione di conducibilità elettrica e chimica superficiale dei nanofili proteici, unita ai pori fini, tra i nanofili all’interno del film, stabilisce le condizioni che generano una corrente elettrica tra i due elettrodi.

I ricercatori affermano che l’attuale generazione di dispositivi Air-gen è in grado di alimentare piccoli componenti elettronici e si aspettano di portare presto l’invenzione su scala commerciale. I prossimi passi che hanno pianificato includono lo sviluppo di una piccola “patch” Air-gen in grado di alimentare dispositivi elettronici indossabili come monitoraggio per la salute e il fitness, e anche orologi intelligenti, che eliminerebbe il requisito delle batterie tradizionali. Sperano anche di sviluppare Air-gens da applicare ai telefoni cellulari per eliminare la ricarica periodica.

Yao afferma: “L’obiettivo finale è realizzare sistemi su larga scala. Ad esempio, la tecnologia potrebbe essere incorporata nella pittura murale che potrebbe aiutare a alimentare la tua casa. Oppure potremmo sviluppare generatori autonomi alimentati ad aria che forniscono elettricità. Una volta raggiunta una scala industriale per la produzione, mi aspetto pienamente che si abbia la possibilità di realizzare sistemi di grandi dimensioni che possano dare un contributo importante alla produzione di energia sostenibile.

Continuando a far progredire le capacità biologiche pratiche del Geobacter, il laboratorio di Lovley ha recentemente sviluppato un nuovo ceppo microbico per produrre in massa in modo più rapido ed economico nanofili proteici. “Abbiamo trasformato l’E. coli in una fabbrica di nanofili proteici”, afferma. “Con questo nuovo processo scalabile, la fornitura di nanofili proteici non costituirà più un collo di bottiglia nello sviluppo di queste applicazioni”.

La scoperta di Air-gen scaturisce da un’insolita collaborazione interdisciplinare. Lovley ha scoperto il microbo Geobacter nel fango del fiume Potomac più di 30 anni fa. Il suo laboratorio ha successivamente scoperto la sua capacità di produrre nanofili proteici elettricamente conduttivi. Prima di venire alla UMass Amherst, Yao aveva lavorato per anni all’Università di Harvard, dove aveva progettato dispositivi elettronici con nanofili di silicio. Hanno unito le forze per vedere se si potevano realizzare dispositivi elettronici  utili con i nanofili proteici raccolti da Geobacter.

Xiaomeng Liu, Ph.D. studente nel laboratorio di Yao, stava sviluppando dispositivi simili a sensori quando notò qualcosa di inaspettato. Ricorda: “Ho visto che quando i nanofili venivano a contatto con gli elettrodi in un modo specifico i dispositivi generavano una quantità minima di corrente. Ho scoperto che l’esposizione all’umidità atmosferica era essenziale e che i nanofili proteici assorbivano l’ acqua, producendo un gradiente di tensione attraverso il dispositivo”.

Oltre ad Air-gen, il laboratorio di Yao ha sviluppato molte altre applicazioni con i nanofili proteici . “Questo è solo l’inizio della nuova era dei dispositivi elettronici basati sulle proteine”, ha affermato Yao.