Sebuah penemuan 15 tahun lalu akhirnya diterapkan.
Baru-baru ini, tim peneliti dari University of Massachusetts, Amherst (University of Massachusetts, Amherst) Departemen Teknik Elektro dan Komputer, Departemen Mikrobiologi, Departemen Kimia, Institut Ilmu Kehidupan Terapan dan Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler dikembangkan Sebuah "generator udara" yang disebut "Air-gen" dirilis.
Lei Feng.com mengetahui bahwa perangkat ini menggunakan sejenis protein alami yang diproduksi oleh bakteri untuk berhasil menghasilkan listrik menggunakan kelembapan di udara, yang mungkin berdampak signifikan pada energi terbarukan, perubahan iklim, dan pengobatan.
Pada 17 Februari 2020 waktu setempat, Nature menerbitkan makalah tim peneliti yang berjudul "Pembangkit listrik dari kelembaban ambien menggunakan kawat nano protein".
Memanen kawat nano protein dari Geobacteria
Seperti yang kita semua ketahui, beberapa teknologi pembangkit listrik umum - seperti sel surya, perangkat termoelektrik, dan generator mekanis - memiliki persyaratan tertentu terhadap lingkungan, yang pada kenyataannya membatasi potensi mereka untuk pembangkit listrik berkelanjutan.
Pada saat yang sama, meskipun teknologi pembangkit listrik berdasarkan kelembapan di udara memberi kita ide baru, karena kurangnya mekanisme konversi yang berkelanjutan, teknologi ini hanya dapat menghasilkan semburan energi berselang, yang tidak melebihi 50 detik setiap kali.
Berdasarkan hal tersebut, tim peneliti di atas memanen kawat nano protein dari Geobacter sulfurreducens.
Yang disebut Geobacteria, yaitu Geobacteria, merupakan bakteri pereduksi disimilasi Fe () yang sangat penting, tersebar luas di lingkungan pereduksi Fe (), seperti sedimen air tawar, bahan organik atau sedimen air tanah yang tercemar logam berat, dll. Fungsi bioremediasi penting.
Lei Feng.com mengetahui bahwa 15 tahun yang lalu, salah satu penulis utama makalah ini, ahli mikrobiologi Derek Lovley, menemukan bahwa Geobacteria dapat mentransfer elektron dari zat organik ke senyawa logam seperti oksida besi. Faktanya, banyak bakteri dapat menghasilkan kawat nano protein untuk mentransfer elektron ke bakteri lain atau lingkungan tempat mereka berada. Transfer elektron semacam inilah yang membentuk arus kecil-dapat dikatakan bahwa penemuan ini merupakan pengembangan dari Air-gen Dasar.
Menurut makalah tersebut, tim peneliti membuat kawat nano protein yang dipanen dari Geobacter menjadi perangkat film tipis Air-gen, dan listrik berkelanjutan dihasilkan di lingkungan sekitarnya - tegangan terus menerus sekitar 0,5 volt dihasilkan pada film tebal 7 mikron. , Kepadatan arus sekitar 17 mikroampere per sentimeter persegi. Jika beberapa perangkat film tipis dihubungkan untuk memperkuat tegangan dan arus secara linier, daya dapat disuplai ke peralatan elektronik.
Secara khusus, bagian bawah film kawat nano protein ada di elektroda, sedangkan elektroda yang lebih kecil hanya menutupi sebagian film kawat nano ada di atas. Ini adalah konduktivitas listrik dan sifat kimia dari kawat nano protein digabungkan dengan pori-pori antara kawat nano di membran yang menetapkan kondisi untuk menghasilkan arus antara dua elektroda.
Gambar di bawah ini adalah gambar mikroskop elektron transmisi perangkat kawat nano protein dan strukturnya.
Hasil terbaik saat kelembapan udara 45%
Pada tahun 2018, Liu Xiaomeng, anggota tim peneliti, menemukan bahwa terkadang kawat nano yang terisolasi secara spontan menghasilkan arus listrik. Belakangan, Liu Xiaomeng dan supervisornya Yao Jun (penulis utama makalah lainnya) bersama-sama menemukan bahwa ketika film kawat nano diapit di antara dua lembaran emas yang bertindak sebagai elektroda, ia dapat terus menghasilkan arus setidaknya selama 20 jam.
Kemudian, mereka menemukan melalui eksperimen bahwa ketika mereka meletakkan kawat nano di lingkungan dengan kelembaban sangat rendah, arus akan berkurang secara signifikan. Jadi ini menunjukkan bahwa kelembaban udara berkontribusi pada pelepasan elektron. Oleh karena itu, tim peneliti menerapkan penemuan ini pada pengembangan Air-gen-penggerak proses pembangkit listrik adalah gradien kelembapan yang secara alami terbentuk dalam film ketika film tersebut terkena udara.
Gambar berikut mencatat tegangan (kurva hitam) dan kelembaban relatif (kurva biru) perangkat untuk pembangkit listrik terus menerus selama lebih dari dua bulan (1500 jam).
Perlu disebutkan bahwa penelitian menunjukkan bahwa: Saat kelembapan udara 45%, pembangkit listrik generasi Udara dapat mencapai hasil terbaik.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah, ketika kelembaban relatif sekitar 45%, tutupi bagian atas perangkat dengan cling film, keluaran arus kontinu akan terputus (panah hitam), dan status ini (area abu-abu) akan berlanjut sampai cling film dilepas. Saat plastik pembungkus dilepas, arus akan kembali ke nilai semula (panah biru).
Pada saat yang sama, teknologi baru ini bebas polusi, terbarukan, dan berbiaya rendah. Teknologi ini dapat menghasilkan listrik di daerah dengan kelembaban sangat rendah seperti Gurun Sahara, dan bahkan dapat bekerja di dalam ruangan. Jun Yao, salah satu penulis makalah, juga menyebutkan:
Kami sebenarnya menggunakan udara tipis untuk menghasilkan listrik. Air-gen dapat menghasilkan energi bersih 24 jam sehari. Sejauh ini, ini adalah aplikasi kawat nano protein yang paling menakjubkan dan menarik.
Buka era baru perangkat elektronik berbasis protein
Selain itu, para peneliti mengatakan bahwa generasi perangkat Air-gen saat ini dapat memberi daya pada perangkat elektronik kecil, dan mereka berharap penemuan ini dapat segera digunakan secara komersial. Langkah mereka selanjutnya adalah mengembangkan "tambalan" Air-gen kecil untuk memberi daya pada perangkat elektronik yang dapat dikenakan seperti monitor kesehatan dan kebugaran serta jam tangan pintar, sehingga mengurangi kebutuhan mereka akan baterai tradisional. Mereka juga berharap bisa menerapkan Air-gen ke ponsel sehingga pengguna bisa terhindar dari masalah pengisian daya biasa.
[Catatan dari Lei Feng: Diagram Konseptual Artistik Instalasi]
Namun, tujuan akhir tim adalah Pembuatan sistem skala besar . Jun Yao menyatakan:
Misalnya, memasukkan Air-gen ke dalam cat dinding untuk mendukung pasokan listrik rumah tangga, atau mengembangkan generator aerodinamis independen untuk menyalakan jaringan. Setelah produksi batang kawat kami mencapai skala industri, saya berharap kami dapat menciptakan sistem besar yang dapat memberikan kontribusi signifikan terhadap produksi energi berkelanjutan.
Pada saat yang sama, untuk terus memajukan kemampuan aplikasi praktis Geobacteria, Derek Lovley dan timnya baru-baru ini mengembangkan strain mikroba baru yang dapat menghasilkan kawat nano protein dalam jumlah besar dengan lebih cepat dan lebih murah:
Kami telah mengubah E. coli menjadi pabrik kawat nano protein Dengan proses baru yang dapat diskalakan ini, pasokan kawat nano protein tidak lagi menjadi penghambat.
Seperti yang disebutkan di atas, anggota tim peneliti memiliki latar belakang yang berbeda, jadi ini tidak diragukan lagi merupakan kolaborasi antar disiplin ilmu yang tidak biasa, sebuah langkah penting dalam arah pembuatan energi baru. Namun, seperti yang Jun Yao katakan:
Ini hanyalah awal dari era baru perangkat elektronik berbasis protein.
Bahan referensi:
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2010-9
https://phys.org/news/2020-02-green-technology-electricity-thin-air.html
https://www.sciencemag.org/news/2020/02/electric-bacteria-create-currents-out-thin-and-thick-air
- Today Paper | Pengambilan gambar dinamis; pemosisian teks adegan waktu nyata; representasi adegan perseptual; jaringan ganda, dll.
- Gulir Musim Semi Lukisan Dewa Oriental-Biarkan surga berpaling ke samping dan melihat kembali ke dunia
- Investigasi pull-net! 24 jam bertugas! Distrik Zhifu membangun "tembok pengaman" kebakaran hutan musim semi yang kuat
- Perusahaan-perusahaan ini telah memberikan kontribusi yang besar dalam produksi topeng nasional anti-epidemi
- Suka! Yayasan Hanhong bergegas membantu Wuhan: 140 juta sumbangan diterima, satu bungkus mie instan bisa dipublikasikan
- Konferensi Pers Mekanisme Pencegahan dan Pengendalian Bersama Dewan Negara Akademisi Wu Manqing memuji Yuntian Lifei
- Hasil EkspresDiperkirakan pendapatan Q1 akan turun hingga 75%, dan epidemi akan memiliki dampak negatif yang signifikan di Tuniu
- Ningbo-Zhoushan, bagian Hangzhou-Yiwu dari rel kereta Hangzhou-Wenzhou! Studi kelayakan dua proyek perkeretaapian baru di Zhejiang telah disetujui