Sähköä tyhjästä - uusi nanotekniikka muuttaa ilman energiaksi
Voisimmeko tulevaisuudessa luoda energiaa pelkästä ilmasta? Kuulostaa uskomattomalta, mutta amerikkalainen tutkijaryhmä uskoo olevansa tekniikan jäljillä. Air-geniksi kutsuttu nanotekniikkaan perustuva innovaatio on herättänyt suurta kiinnostusta ympäri maailmaa.
Ilmasta energiaa tuottavien bakteerien valmistamat nanojohdot voivat pian tehdä matkapuhelimien ja älykellojen akut tarpeettomiksi. Yhdysvaltalaisen University of Massachusetts Amherstin tutkijat ovat nimittäin kehittäneet tekniikan, joka tuottaa sähköä ilmankosteudesta luonnollisen proteiinin avulla. Nanometrin kokoiset proteiinijohdot ovat sähköä johtavaa materiaalia. Projektin parissa työskentelevä sähköinsinööri selittää Jun Yao Phys.org-sivustolla:
Tutkimusryhmän tulokset julkaistiin tiedejulkaisu Naturessa helmikuussa 2020. Tämä nanotekniikan innovaatio on nimetty Air-geniksi, joka on lyhenne ilmakäyttöistä generaattoria tarkoittavista sanoista. Uusiutuva ja edullinen tekniikka ei synnytä lainkaan hiilidioksidipäästöjä. Tutkijoiden mukaan se voi tuottaa energiaa myös äärimmäisen kuivilla alueilla – jopa Saharan autiomaassa. Tekniikalla on ilmeisiä etuja kaikkiin muihin uusiutuviin energianlähteisiin verrattuna, sillä se ei vaadi energian tuottamiseen tuulta sen paremmin kuin aurinkoakaan. Kaiken lisäksi Air-gen soveltuu käytettäväksi myös sisätiloissa.
Jokibakteerit johtivat keksinnön jäljille
Air-gen on upouusi keksintö, mutta jo aiemmin on ollut tiedossa, että bakteerit pystyvät tuottamaan sähköä johtavia nanojohtoja. Tukholmassa Kuninkaallisen teknillisen korkeakoulun mikro- ja nanojärjestelmien osastolla tutkijana toimiva Erika Zeglio työskentelee sähkölaitteissa käytettävien bakteerien parissa. ”Air-genin uutuusarvo piilee siinä, että sähköä johtavia nanojohtoja on ensi kertaa onnistuttu käyttämään energian tuottamiseen”, Zeglio sanoo.
Eräs tutkijoista löysi Air-genissa käytetyt bakteerit Amerikan itärannikolla virtaavasta joesta jo 30 vuotta sitten. Kokeissa selvisi, että mikrobit pystyivät valmistamaan sähköä johtavia nanokokoluokan proteiinilankoja, niin kutsuttuja nanojohtoja.
Tavoitteena nanotekniikan integroiminen seinämaaleihin
Tekniikan pikaista kaupallistamista suunnittelevan tutkijaryhmän mukaan nykyistä Air-gen-versiota voidaan käyttää pienissä sähkölaitteissa. Tarkoituksena on valmistaa muun muassa pieniä generaattoreita, joita voidaan käyttää akkujen asemasta esimerkiksi kannettavissa elektroniikkalaitteissa, kuten älykelloissa. Air-gen sopisi hyvin myös matkapuhelimiin, sillä tekniikkaa hyödyntäviä puhelimia ei tarvitsisi enää ladata.
Tutkijat haluavat soveltaa Air-genia myös suuremmassa mittakaavassa. Esimerkkinä Jun Yao mainitsee Air-gen-integroidut seinämaalit, jotka voisivat huolehtia kotien energiansaannista:
Haasteena prosessin skaalaus
Erica Zeglio on hieman varovaisempi arviossaan. Ennen kuin sähkön tuottaminen ilmasta voi alkaa, tarvitaan vastauksia vielä moniin kysymyksiin.
Ensin pitää ymmärtää, miten nanojohdot rakentuvat ja millaiset niiden johtamisominaisuudet ovat. Lisäksi bakteerien tuottamien nanojohtojen kerääminen on saatava skaalautumaan. Air-genin tällä hetkellä käyttämät bakteerit kasvavat vain hapettomassa tilassa ja tarkasti kontrolloiduissa olosuhteissa. ”Vaihtoehtona on löytää nanojohdoille synteettinen korvaaja, jota on helpompi käsitellä”, Zeglio sanoo.
Energiatutkimuksen suuri kysymys on, miten siirrymme käyttämään uusiutuvia energianlähteitä. Zeglion mukaan on liian aikaista sanoa, millaista roolia Air-gen tulee näyttelemään prosessissa, mutta hän seuraa tutkijoiden työtä kiinnostuneena: ”Tekniikka on edelleen lapsenkengissä ja on vaikeaa sanoa, miten se tulee kehittymään. Jostain pitää kuitenkin aloittaa – ja kuka tietää, miten nanotekniikka toimii kymmenen vuoden kuluttua.”
Linkkejä aiheesta:
Phys Org tiedeyhteisön artikkeli
Massachusettsin yliopiston artikkeli
