Ученые построили генератор, вырабатывающий электричество от изменения влажности

На земном шаре существует несколько возобновляемых источников энергии естественного происхождения. Это свет Солнца, ветер, геотермальная энергия и процессы испарения воды мирового океана. И если первые источники из перечисленного списка уже достаточно освоены людьми, то к последнему из них люди даже еще и не прикасались из-за сложности его использования. Первые шаги в сторону использования влаги воздуха в качестве источника энергии сделали исследователи из института Вайса, Колумбийского университета и университета Лойола, Чикаго. Этой группе исследователей удалось создать экспериментальную модель генератора, который вырабатывает электрическую энергию при помощи резиновых листов, покрытых спорами бактерий определенного вида, которые сокращаются в ответ на изменения влажности окружающего воздуха.

Создание "бактериального" электрического генератора стало возможным благодаря исследованиям, проведенным в 2012 году. Тогда ученые выяснили, что безвредные бактерии вида Bacillus subtilis, попав в неблагоприятные условия окружающей среды, к которым можно отнести отсутствие влаги, сокращаются в размерах и превращаются в жесткие морщинистые споры. Но, когда в контакт с этими спорами снова вступает влага, они моментально возвращаются к их оригинальной форме, увеличиваясь в размерах.

Способность бактерий сжиматься в споры и восстанавливать изначальную форму навела ученых на мысль, что их можно использовать в качестве аккумуляторов энергии. Озгур Сахин (Ozgur Sahin), доктор философии из института Вайса взял тонкую кремниевую пластину и покрыл ее раствором, содержащим колонию бактерий Bacillus subtilis. Такой шаг был сделан для того, чтобы сделать возможным измерение силы деформации, источником которой являются бактерии, реагирующие на изменения влажности окружающей среды. К удивлению исследователей, для того, чтобы увидеть действие бактерий, им не пришлось использовать ни высокоточный атомно-силовой микроскоп, ни даже обычный оптический микроскоп. Деформацию кремниевой пластины, возникающую в ответ на изменение влажности от дыхания человека, можно было увидеть невооруженным глазом.

Проведя дальнейшие эксперименты и расчеты, ученые выяснили, что бактерии Bacillus subtilis являются невероятно сильными. Тонкая пластиковая пластина, покрытая спорами бактерий, смогла произвести усилие в 1000 раз превосходящее усилие, которое способны произвести человеческие мускулы схожих размеров и массы, и такой результат был получен при переходе от сухого солнечного дня к влажному туманному вечеру. Полученные экспериментальные данные в совокупности с теоретическими расчетами показали, что 1 фунт (0.45 кг) сухих спор бактерии Bacillus subtilis при смене влажности может произвести силу, способную поднять средний автомобиль на высоту одного метра.

После этого, ученые произвели эксперименты, используя кремний, резину, различные пластики и другие материалы в качестве подложки, на которую наносится пленка из спор бактерий. Как ни странно, наилучшие результаты показала обычная резина, которую исследователи использовали в конструкции экспериментального "бактериального" электрогенератора. Этот электрогенератор изготовлен из блоков конструктора Лего и в нем находится миниатюрный вентилятор, магнит, и резиновые полосы, покрытые слом спор бактерий Bacillus subtilis. В ответ на изменения влажности окружающей среды резиновые ленты сокращаются, заставляя вращаться магнит, поле которого возбуждает электрический ток в обмотках располагающихся рядом катушек.

Созданный опытный генератор имеет крайне малую эффективность. Но ученые уже работают над дальнейшим совершенствованием технологии, споры созданного при помощи генной инженерии штамма бактерий Bacillus subtilis уже могут аккумулировать в два раза больше энергии, нежели споры оригинальных бактерий, а позже ученые планируют добиться еще большего значения количества аккумулируемой энергии. Увеличение эффективности работы микроорганизмов в недалеком будущем сможет быть использовано для получения энергии в регионах, где имеют место быть большие суточные колебания влажности воздуха, на побережьях морей, океанов и вблизи искусственных водоемов.

"Солнце и ветер носят крайне непостоянный характер. Бывают моменты, когда Солнце не светит и ветер не дует. В этих условиях можно будет использовать только изменения влажности воздуха, которые при помощи специальных генераторов имеют шанс стать еще одним источником экологически чистой энергии".