Вчені виявили фермент, який перетворює повітря в електрику

Австралійські дослідники виявили фермент, який може перетворювати повітря в енергію.

Австралійські дослідники виявили фермент, здатний перетворювати повітря в енергію. Дослідження нещодавно опубліковане в престижному журналі природи, показує, що фермент використовує невеликі кількості водню в повітрі для генерації електричного струму. Цей прорив відкриває шлях для розробки пристроїв, які можуть генерувати електроенергію буквально з повітря.

Відкриття було зроблено командою вчених під керівництвом доктора Різа Грінтера, Ешлі Круппа, доктора філософії. студент і професор Кріс Грінінг з Інституту біомедичних відкриттів університету Монаша в Мельбурні, Австралія. Команда виробила та дослідила фермент, що споживає водень, із бактерій, які зазвичай зустрічаються в ґрунті.

Недавня робота команди показала, що багато бактерій використовують водень з атмосфери як джерело енергії в бідних поживними речовинами середовищах. Професор Грінінг сказав: «Ми вже деякий час знаємо, що бактерії можуть використовувати сліди водню в повітрі як джерело енергії, щоб допомогти їм рости та виживати, зокрема в антарктичному ґрунті, вулканічних кратерах і океанських глибинах». «Але досі ми не знали, як вони це зробили».

У цьому природи За допомогою статті дослідники витягли фермент, відповідальний за використання атмосферного водню, з бактерії під назвою Мазок на мікобактерії. Вони показали, що цей фермент під назвою Huc перетворює газоподібний водень в електричний струм.

Доктор Грінтер зазначає, що “Huc є надзвичайно ефективним. На відміну від усіх інших відомих хімічних ферментів і каталізаторів, він споживає водень навіть нижче атмосферного рівня — менше 0,00005% повітря, яким ми дихаємо”.

Дослідники використали кілька передових методів, щоб розкрити молекулярний план окислення водню в атмосфері. Вони використовували вдосконалену кріо-ЕМ мікроскопію (кріо-ЕМ) для визначення їхньої атомної структури та електричних шляхів, розсуваючи межі для створення найбільш чіткої структури ферменту, про яку повідомляє цей метод на сьогоднішній день. Вони також використали техніку під назвою електрохімія, щоб продемонструвати, що очищений фермент виробляє електроенергію при точних концентраціях водню.

Лабораторна робота пані Крупп показує, що очищений Huc можна зберігати протягом тривалого часу.

Він надзвичайно стабільний. Фермент можна заморозити або нагріти до 80 градусів[{” attribute=””>Celsius, and it retains its power to generate energy,” Ms. Kropp said. “This reflects that this enzyme helps bacteria to survive in the most extreme environments.”

Huc is a “natural battery” that produces a sustained electrical current from air or added hydrogen. While this research is at an early stage, the discovery of Huc has considerable potential to develop small air-powered devices, for example as an alternative to solar-powered devices.

The bacteria that produce enzymes like Huc are common and can be grown in large quantities, meaning we have access to a sustainable source of the enzyme. Dr. Grinter says that a key objective for future work is to scale up Huc production. “Once we produce Huc in sufficient quantities, the sky is quite literally the limit for using it to produce clean energy.”

Reference: “Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen” by Rhys Grinter, Ashleigh Kropp, Hari Venugopal, Moritz Senger, Jack Badley, Princess R. Cabotaje, Ruyu Jia, Zehui Duan, Ping Huang, Sven T. Stripp, Christopher K. Barlow, Matthew Belousoff, Hannah S. Shafaat, Gregory M. Cook, Ralf B. Schittenhelm, Kylie A. Vincent, Syma Khalid, Gustav Berggren and Chris Greening, 8 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05781-7