Un gruppo di ricercatori ha progettato una biobatteria che copia una soluzione biologica affinata dall’evoluzione per recuperare energia da ciò che oggi consideriamo uno scarto
Per costruire batterie migliori, a volte bisogna guardare lontano dall’ingegneria.
E magari cercare la soluzione in qualcosa che da millenni funziona a meraviglia e che fa parte di noi: il nostro corpo.
Che ha un apparato digerente sofisticato in cui il cibo viene scomposto, le sostanze nutritive vengono assorbite e si produce energia.
Ha pensato questo il team di ricercatori di Seokheun Choi, scienziato della Binghamton University, a New York.
E ha preso così d’ispirazione l’intestino tenue, con i suoi villi che ricoprono la parete intestinale moltiplicando la superficie disponibile per gli scambi facilitando il passaggio dei nutrienti.
Ne sono uscite delle batterie dalle forme insolite, che, ancor più insolito, potrebbero alimentarsi grazie a un’altra parte “oscura” della nostra quotidianità: le acque reflue.
Il modello intestino tenue
Perché i batteri possano idratarsi e nutrirsi, una sola superficie conduttrice non è sufficiente. Per questo motivo, è stato costruito una sorta di habitat artificiale, progettato non solo per raccogliere elettroni ma anche per ospitare i microrganismi e sostenerne l’attività.
Il modello migliore è apparso quello dell’intestino tenue, ricostruito attraverso “ pilastri di idrogel conduttivo programmati con spore, nei quali le endospore dormienti di Bacillus subtilis sono incorporate in villi di idrogel costituiti da poli (etilendiossitiofene -stirensolfonato -alcol vinilico eossido di grafene ridotto) – si legge nello studio -.Queste strutture fungono simultaneamente da serbatoi microbici, impalcature bioelettrochimiche e condotti per la raccolta degli elettroni”.
Il Bacillus subtilis se ne può stare in letargo in condizioni di normalità ma diventare attivo con l’arrivo dei nutrienti: è così che produce corrente.
La struttura di queste nuove batterie ha dato ottimi risultati.
Otto volte più potenza nello stesso volume
Rispetto alle batterie costruite su superfici piatte, infatti, a parità di volumi la struttura a villi ha raggiunto una densità di potenza volumetrica di 66,45 microwatt per centimetro cubo, contro gli 8,04 microwatt per centimetro cubo.
La maggior superficie a disposizione e la geometria tridimensionale aumentano la quantità di potenza prodotta di circa 8,3 volte, fanno notare i ricercatori nel loro studio pubblicato su Small.
Si parla di potenze ancora piccole e questo aumento secondo gli studiosi dimostra il vantaggio della nuova architettura rispetto al controllo utilizzato nello studio, non che la biobatteria possa già competere con le batterie convenzionali nell’alimentazione di dispositivi di uso quotidiano.
Però il primo passo è fatto.
Le acque reflue
Il secondo c’entra con le acque reflue, che contengono, insieme all’acqua, anche una miscela di sostanze organiche provenienti da attività domestiche, alimentari e di altro tipo.
Per alcuni microrganismi, questi composti rappresentano una fonte di nutrimento e di energia chimica.
Ebbene, si sostiene, parte di questa energia chimica può essere convertita in energia elettrica attraverso l’attività biologica dei microrganismi.
Il test nelle tubazioni: promettente, ma non ancora in fogna
Nello studio, i ricercatori hanno realizzato cerotti flessibili costituiti da villi artificiali e ne hanno dimostrato la capacità di generare elettricità in un ambiente di tubazioni simulato.
Per farlo hanno utilizzato una soluzione di nutrienti ed elettroliti progettata per riprodurre le caratteristiche delle acque reflue.
Un test che non dimostra ancora che la biobatteria funzioni direttamente con acque reflue reali ma che il dispositivo può generare elettricità in un ambiente simulato, preparato per riprodurne alcune caratteristiche.
La differenza non è secondaria. Gli scarichi autentici hanno una composizione variabile: contengono sostanze organiche diverse, sali, microrganismi e, in determinate circostanze, composti che possono ostacolare l’attività batterica. Anche la portata dell’acqua e la disponibilità di nutrienti cambiano nel corso della giornata.
Una tecnologia destinata alle fognature dovrebbe funzionare in queste condizioni senza perdere rapidamente efficienza, senza intasarsi e senza richiedere interventi continui. Saranno quindi necessari ulteriori test per verificare la durata del dispositivo, la stabilità della produzione elettrica e la sua capacità di operare con reflui reali.
Dalla depurazione al recupero di energia
Recuperare una parte dell’energia contenuta nei reflui potrebbe contribuire, in futuro, a ridurre almeno una quota dei consumi che gli impianti di depurazione richiedono per funzionare.
Il vantaggio potenziale non riguarda soltanto i grandi impianti: una biobatteria di piccole dimensioni potrebbe essere utile per alimentare sensori che controllano la qualità dell’acqua o rilevano variazioni nelle tubazioni, riducendo la necessità di sostituire periodicamente le batterie tradizionali.
Bisognerà ora capire quali applicazioni siano realistiche, quanto costi produrre questi dispositivi e quanta manutenzione richiedano. Una prospettiva reale però c’è: recuperare energia dove oggi viene spesa per trattare un rifiuto, integrando la produzione elettrica in un sistema che già gestisce grandi quantità di acqua.
