Επιστήμονες παρήγαγαν ηλεκτρικό ρεύμα από μικρόβια
Πρόκειται για ένα από τα πιο γνωστά βακτήρια που υπάρχουν στον κόσμο- ωστόσο το E. coli φαίνεται πως μπορεί να πάει ακόμα παραπέρα και να αποτελέσει και πηγή ενέργειας, αν κρίνει κανείς από τη δουλειά ερευνητών του EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) που ήταν σε θέση να παράγουν ηλεκτρισμό από το συγκεκριμένο μικρόβιο- για την ακρίβεια, μια τροποποιημένη έκδοσή του.
H Άρντεμις Μπογκοσιάν, καθηγήτρια του EPFL και επικεφαλής της ομάδας που πραγματοποίησε την έρευνα, και ο Μοχάμεντ Μουχίμπ, ένας εκ των ερευνητών, μίλησαν στη HuffPost Greece για την πρωτοποριακή τους έρευνα και τις πιθανές της εφαρμογές, που μπορούν να αλλάξουν τα δεδομένα στον χώρο της βιοηλεκτρικής.
Θα μπορούσατε να εξηγήσετε, με απλά λόγια, τι έδειξε η έρευνά σας;
Μοχάμεντ Μουχίμπ: Η έρευνά μας έδειξε πως μπορούμε να τροποποιήσουμε γενετικά το Escherichia coli για να μας βοηθήσει να παράγουμε ηλεκτρισμό από λύματα σε συγκεκριμένες συσκευές, όπου βακτήρια αλληλεπιδρούν με ένα ηλεκτρόδιο. Το επιτύχαμε αυτό κάνοντας τα E. coli να παράγουν πρωτεΐνες που επιτρέπουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων κατά μήκος των μονωτικών μεμβρανών τους.
Γιατί διαλέξατε συγκεκριμένα το E.coli;
Μ. Μουχίμπ: Επειδή μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ποικιλία διαφορετικών λυμάτων ως πηγή «τροφής». Αυτό μας επιτρέπει να τρέφουμε το E. coli με λύματα που αλλιώς θα απορρίπταμε και να παίρνουμε πίσω ενέργεια. Από την άλλη, υπάρχουν πολλές διαφορετικές εφαρμογές που μπορούμε να οραματιστούμε οι οποίες να βασίζονται στη μετακίνηση ηλεκτρονίων ανά της βακτηριακές μεμβράνες και για αυτά τα E. coli είναι επίσης κατάλληλα επειδή έχουν μελετηθεί πολύ και είναι εύκολο να τροποποιηθούν γενετικά.
Πόσο κοινά είναι τα βακτήρια που παράγουν ηλεκτρισμό;
Άρντεμις Μπογκοσιάν: Η ύπαρξη φυσικών βακτηρίων που παράγουν ηλεκτρισμό είναι μια σχετικά πρόσφατη ανακάλυψη. Σύμφωνα με τις τελευταίες μελέτες, πάνω από 90 είδη βακτηρίων έχουν έκτοτε αναφερθεί να έχουν αυτή τη φυσική δυνατότητα και είναι πιθανό πως υπάρχουν περισσότερα είδη εκεί έξω που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμα. Τα είδη που έχουν ανακαλυφθεί ως τώρα, ωστόσο, παράγουν ηλεκτρισμό σε διάφορες εκτάσεις. Μέχρι τώρα υπάρχουν μόνο δύο είδη βακτηρίων που έχουν αναλυθεί αρκετά για να κατανοήσουμε τον μηχανισμό και την έκταση στην οποία μπορούν να παράγουν ηλεκτρισμό. Η ανακάλυψη αυτών των βακτηρίων είναι ως εκ τούτου μια μεγάλη πρόκληση επί του πεδίου, καθώς δεν έχουμε μόνο να διαπιστώσουμε ποια βακτήρια μπορούν να παράγουν ηλεκτρισμό, μα και σε τι βαθμό.
Μ. Μουχίμπ: Είναι κοινά στη φύση, με πάνω από 90 είδη να έχουν ταυτοποιηθεί. Κάποια βακτήρια εξελίχθηκαν έτσι ώστε να χρησιμοποιούν στερεά υλικά στο περιβάλλον τους για μεταφορά ηλεκτρονίων αντί, πχ, οξυγόνου, που είναι ο λόγος που είναι ικανά να παρακάμπτουν τη μονωτική μεμβράνη για μεταφορά ηλεκτρονίων.
Τι πρακτικές εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο θα μπορούσε να έχει η έρευνά σας;
Α. Μπογκοσιάν: Η ανακάλυψη αυτή έχει σημαντικές επιπτώσεις για τη βιοηλεκτρονική. Μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε ηλεκτρονικές συσκευές που λειτουργούν με ζωντανά μικρόβια και οι εφαρμογές είναι σχεδόν άπειρες. Στο επιστημονικό μας άρθρο εστιάζουμε στις εφαρμογές μας για την επεξεργασία λυμάτων και την παραγωγή ενέργειας. Ωστόσο αυτή η τεχνολογία επίσης επιτρέπει εφαρμογές σε περιβαλλοντικούς αισθητήρες, χημική σύνθεση και αποθήκευση ενέργειας, όπως η παραγωγή καυσίμων και χημικών υψηλής αξίας.
Για τι είδους κλίμακες μιλάμε εν δυνάμει; Θα μπορούσε να αξιοποιηθεί εμπορικά; Μιλάμε για μια πιθανή ανανεώσιμη πηγή ενέργειας;
Μ. Μουχίμπ: Σίγουρα βλέπουμε τις εμπορικές δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας, αν και όχι ως μια πηγή ανανεώσιμης ενέργειας με τον τρόπο που εκλαμβάνεται κατά κανόνα (ηλιακή, αιολική κλπ). Ένα πολύ πραγματικό σενάριο θα ήταν ως τεχνολογία προστιθέμενης αξίας για βιομηχανίες που βγάζουν λύματα με υψηλή ποσότητα οργανικών ενώσεων, για παράδειγμα στη βιομηχανία τροφίμων, όπου ένα μέρος ενέργειας θα μπορούσε να ανακτηθεί από τα λύματα και να χρησιμοποιηθεί ξανά αλλού στις εγκαταστάσεις. Από αυτή την άποψη, δεν είναι τεχνολογία «proof of concept», με έρευνα εστιασμένη στην εφαρμογή να αποτελεί το επόμενο βήμα.
Α. Μπογκοσιάν: Πιστεύω ότι υπάρχουν προοπτικές για αυτή την τεχνολογία ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, όπως είπε ο Μοχάμεντ, τουλάχιστον ως τεχνολογία προστιθέμενης αξίας (πχ παράγοντας ενέργεια από πόρους που αλλιώς θα πήγαιναν χαμένοι). Ωστόσο υπάρχει επίσης η δυνατότητα χρήσης αυτής της τεχνολογίας όχι μόνο για παραγωγή ηλεκτρισμού, μα επίσης για σύνθεση βιοκαυσίμων και χημικών. Με αυτό τον τρόπο δεν περιοριζόμαστε απαραίτητα στη χρήση ηλεκτρισμού επί τόπου ή ακόμα και στην αποστολή του στο δίκτυο ηλεκτροδότησης. Μπορούμε να μετατρέψουμε τα απόβλητα σε καύσιμο που μπορεί μετά να χρησιμοποιηθεί σε άλλο χώρο για διαφορετικές εφαρμογές, περιλαμβανομένων των μεταφορών.
Τι είδους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα θα είχαν βιοηλεκτρικά μικρόβια σαν αυτά ως πηγή ενέργειας;
Μ. Μουχίμπ: Ένα πλεονέκτημα- κλειδί είναι πως μπορούν να χρησιμοποιούν απόβλητα για να παράγουν ηλεκτρισμό, χρησιμοποιώντας τα βακτήριά μας ως ανανεώσιμους καταλύτες. Άλλο πλεονέκτημα είναι πως μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας, επί τόπου σε ενεργειακά πλούσιες, με μεγάλη παραγωγή αποβλήτων, εγκαταστάσεις στη βιομηχανία τροφίμων. Αυτός είναι επίσης ο περιορισμός τους, καθώς πολύ αραιά λύματα σε άλλο χώρο θα αποτελούσαν πρόκληση για την παραγωγή ενέργειας.
Α. Μπογκοσιάν: Είναι επίσης δυνατό να διοχετεύσουμε ηλεκτρισμό σε αυτά τα βιοηλεκτρικά μικρόβια, που μπορούν μετά να τον χρησιμοποιήσουν για την παραγωγή υψηλής αξίας χημικών και καυσίμων. Αυτά τα βιοηλεκτρικά μικρόβια θα μπορούσαν ως εκ τούτου να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση ηλεκτρισμού, επιπρόσθετα στην παραγωγή ηλεκτρισμού. Αν σχεδιαστούν σωστά, θα μπορούσαμε να έχουμε ένα σύστημα που λειτουργεί ως ένα είδος επαναφορτιζόμενης μπαταρίας που φορτίζεται όταν είναι παρόντα απόβλητα. Αυτό είναι πολύ παρόμοιο με τον τρόπο που λειτουργούν τα σώματά μας, αποθηκεύοντας την επιπλέον τροφή ως λίπη που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αργότερα. Όπως μάθαμε από την αιολική και την ηλιακή ενέργεια, η δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας είναι το ίδιο σημαντική με την παραγωγή της.
Ένας μεγάλος περιορισμός, ωστόσο, είναι το ότι αυτά τα βακτήρια πρέπει να είναι κοντά σε ένα ηλεκτρόδιο για να μπορεί να “δαμαστεί” ο ηλεκτρισμός τους. Οπότε είμαστε αντιμέτωποι με ένα περιορισμό στον σχεδιασμό όταν προσπαθούμε να αυξήσουμε την κλίμακα αυτής της τεχνολογίας. Πρόσφατα βρήκαμε έναν τρόπο εξαγωγής ηλεκτρισμού από βακτήρια που είναι ακόμα πιο μακριά- και δεν αγγίζουν καν- το ηλεκτρόδιό μας. Πιστεύουμε ότι αυτή η δυνατότητα εξαγωγής ηλεκτρισμού από βακτήρια κοντά και μακριά θα δώσει μεγάλη ώθηση στην επίδειξη αυτής της τεχνολογίας σε μεγαλύτερη κλίμακα.
