Istorijski trenutak za energetiku: Naučnici otkrili enzim koji može da pretvori vodonik iz vazduha u struju

Odavno je poznato da srodnik bakterije tuberkuloze pretvara vodonik iz vazduha u električnu energiju. Sada su naučnici otkrili kako.

Naučnici koji proučavaju srodnika bakterija odgovornih za tuberkulozu i lepru otkrili su enzim koji pretvara vodonik u električnu energiju, i smatraju da bi se mogao koristiti za stvaranje novog, čistog izvora energije bukvalno iz vazduha.

Enzim, koji je nazvan Huc, koristi bakterija Micobacterium smegmatis da crpi energiju iz atmosferskog vodonika, omogućavajući joj da preživi u ekstremnim okruženjima siromašnim hranljivim materijama.

Sada, ekstrahujući i proučavajući enzim, istraživači kažu da su pronašli novi izvor energije koji bi se mogao koristiti za napajanje niza malih prenosivih električnih uređaja. Svoje nalaze objavili su 8. marta u časopisu Nature.

• Zamišljamo da bi izvor napajanja koji sadrži Huc mogao napajati niz malih prenosivih uređaja koji koriste vazduh, uključujući biometrijske senzore, monitore životne sredine, digitalne satove i kalkulatore ili jednostavne računare – rekao je autor studije Ris Grinter, mikrobiolog sa Univerziteta Monash u Australiji, za Live Science.
• Kada date Huc-u više koncentrisanog vodonika, on proizvodi više električne struje – rekao je on.

Ovo znači da bi on mogao da se koristi u gorivnim ćelijama za napajanje složenijih uređaja, poput pametnih satova ili pametnih telefona, složenijih prenosivih računara, a možda čak i automobila.

M. smegmatis je nepatogena, brzorastuća bakterija koja se često koristi u laboratoriji za proučavanje strukture ćelijskog zida njenog bliskog rođaka koji izaziva bolest, Micobacterium tuberculosis. Za M. smegmatis, koji se obično nalazi u zemljištu širom sveta, odavno je poznato da pretvara vodonik u energiju; na ovaj način, mikrob može da preživi u najtežim okruženjima, uključujući antarktičko tlo, vulkanske kratere i duboki okean, gde se može naći malo drugog goriva, rekli su istraživači.

Da bi istražili sposobnosti M. smegmatis, naučnici su prvo izolovali enzim Huc koji je odgovoran za proces pomoću hromatografije — laboratorijske tehnike koja omogućava naučnicima da razdvoje komponente smeše. Zatim su istraživali atomsku strukturu enzima krioelektronskom mikroskopijom, tehnikom koja je svojim kreatorima donela Nobelovu nagradu za hemiju 2017. godine. Usmeravajući elektrone na zamrznuti uzorak Huc-a koji je sakupljen od M. smegmatis, istraživači su mapirali atomsku strukturu enzima i električne puteve koje on koristi da prenosi elektrone tako da oni formiraju struju.

Tim je otkrio da u svom centru Huc ima strukturu, nazvanu aktivno mesto, koja sadrži naelektrisane jone nikla i gvožđa. Jednom kada molekuli vodonika (sastavljeni od dva protona i dva elektrona) uđu u aktivno mesto, postaju zarobljeni između jona nikla i gvožđa pri čemu se otpuštaju elektroni. Enzim zatim šalje ove elektrone u električno kolo kako bi se stvorila struja.

• Elektrone apsorbuje Huc (posebno jon nikla) i prenosi na površinu Huc-a (molekularnom žicom formiranom od klastera gvožđa i jona sumpora) – rekao je Grinter.
• Ako imobiliziramo Huc na elektrodi, elektroni mogu ući u električno kolo sa površine enzima i generisati struju.

Dalji eksperimenti su otkrili da izolovani enzim Huc može da se čuva na duži period; da preživljava smrzavanje ili zagrevanje do 176 stepeni Farenhajta (80 stepeni Celzijusa); i da može da troši vodonik u koncentracijama od najmanje 0,00005% onog koji se nalazi u vazduhu koji udišemo. Ovi atributi, zajedno sa sveprisutnošću mikroba i sposobnošću da se lako uzgajaju, mogli bi učiniti enzim idealnim kandidatom za izvor energije u organskim baterijama, kažu istraživači.

• Huc može da izvuče energiju iz vodonika u vazduhu, što je praktično neograničeno – rekao je Grinter.

Količina električne energije koja se može proizvesti iz niskih koncentracija vodonika u vazduhu biće skromna. Ovo će ograničiti primenu Huc-a u ovom kontekstu na uređaje koji zahtevaju malu, ali trajnu količinu energije. Komplementarna upotreba Huc-a će biti u gorivnim ćelijama gde je obezbeđena veća koncentracija vodonika.