Una batteria flessibile che sfrutta i batteri per produrre elettricità potrebbe, in futuro, alimentare piccoli sensori nelle reti fognarie. A sviluppare il prototipo sono stati ricercatori della Binghamton University, negli Stati Uniti d’America, che si sono ispirati ai villi dell’intestino tenue, le minuscole sporgenze che aumentano la superficie disponibile per assorbire i nutrienti. Il dispositivo è una pila a combustibile microbica: usa le reazioni metaboliche di alcuni microrganismi per convertire parte dell’energia chimica dei composti organici in energia elettrica. Nei test di laboratorio ha mantenuto una tensione di circa 0,75 volt per almeno 14 ore, in condizioni controllate e con un apporto costante di nutrienti:
Una struttura tridimensionale per ospitare i batteri:
Il prototipo è costruito attorno a un anodo in idrogel polimerico, un materiale ricco d’acqua che può essere modellato in forme diverse. La sua superficie riproduce piccole strutture simili ai villi intestinali, aumentando lo spazio di contatto tra batteri, nutrienti ed elettrodo. All’interno della struttura sono stati inseriti batteri Bacillus subtilis, inizialmente inattivi. Quando si trovano in condizioni favorevoli, possono riprendere l’attività e utilizzare i nutrienti. Le reazioni che ne derivano liberano elettroni, che possono raggiungere l’anodo e fluire attraverso un circuito esterno. Una membrana a scambio ionico e un catodo in tessuto di carbonio completano il sistema.
Una possibile fonte di energia per i sensori nelle fognature:
Le acque reflue contengono sostanze organiche che alcuni microrganismi possono utilizzare come nutrimento. Per questo, una possibile applicazione della biobatteria sarebbe alimentare sensori collocati nelle tubature, negli impianti di trattamento o in altri luoghi difficili da raggiungere. L’idea è che il dispositivo possa ricavare energia dall’ambiente in cui opera e ridurre la necessità di sostituire frequentemente le batterie convenzionali. Per ora, però, si tratta di una prospettiva: il prototipo è stato testato in laboratorio, e le condizioni reali delle acque reflue — tra cui variazioni nella composizione, sedimenti e sostanze potenzialmente dannose per i batteri — potrebbero influire sulle sue prestazioni. Inoltre, una tensione di 0,75 volt non indica da sola quanta energia sia disponibile: conta anche la corrente erogata e il tipo di dispositivo da alimentare. Le applicazioni più adatte, almeno in questa fase, sono quindi quelle a bassissimo consumo. I ricercatori puntano ora a migliorare la potenza e la durata del sistema e a rendere più semplice la fabbricazione delle strutture tridimensionali. Pubblicato sulla rivista Small, il lavoro mostra come una forma ispirata alla biologia possa offrire nuove soluzioni per sfruttare l’attività dei microrganismi. Non dimostra, tuttavia, che il dispositivo depuri l’acqua o che sia già pronto per l’impiego su larga scala.
Il professor Seokheun “Sean” Choi e gli studenti di dottorato Ruohan “Astrid” Zhang e Botian Wang del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science hanno recentemente pubblicato i loro risultati sulla rivista Small(si apre in una nuova finestra). Le precedenti ricerche di Choi hanno esplorato diverse configurazioni di biobatterie con carta, tessuto , metallo e polimeri , e ora sta cercando di integrarle in circuiti stampati in 3D . Ha persino creato una biobatteria ingeribile che rimane inerte fino a quando non si attiva nell’intestino tenue. In qualità di pioniere della papertronica , Choi è particolarmente interessato all’utilizzo della carta come materiale di base.
Fonte: https://www.binghamton.edu/news/story/6533/small-intestines-new-biobattery
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