Cientistas da Universidade de Massachusetts Amherst desenvolveram um dispositivo que usa uma proteína natural para criar eletricidade a partir da umidade do ar, uma nova tecnologia que eles dizem ter implicações significativas para o futuro das energias renováveis, as mudanças climáticas e o futuro da medicina.
Os laboratórios do engenheiro elétrico Jun Yao e do microbiologista Derek Lovley, da UMass Amherst, criaram um dispositivo que eles chamam de “geração aérea” – ou gerador a ar, com nanofios de proteína eletricamente condutores produzidos pelo micróbio Geobacter. A geração de ar conecta eletrodos aos nanofios de proteínas de tal maneira que a corrente elétrica é gerada a partir do vapor de água naturalmente presente na atmosfera.
“Estamos literalmente produzindo eletricidade do nada”, diz Yao. “O Air-gen gera energia limpa 24/7.” Lovely, que desenvolveu materiais eletrônicos sustentáveis baseados em biologia ao longo de três décadas, acrescenta: “É a aplicação mais surpreendente e empolgante de nanofios de proteína de todos os tempos”.
A nova tecnologia desenvolvida no laboratório de Yao é não poluente, renovável e de baixo custo. Pode gerar energia mesmo em áreas com umidade extremamente baixa, como o deserto do Saara. Tem vantagens significativas em relação a outras formas de energia renovável, incluindo solar e eólica, diz Lovley, porque, diferentemente dessas outras fontes de energia renovável, o Air-gen não requer luz solar ou vento, e “funciona até em ambientes fechados”.
O dispositivo Air-gen requer apenas uma fina película de nanofios de proteínas com menos de 10 mícrons de espessura, explicam os pesquisadores. A parte inferior do filme repousa sobre um eletrodo, enquanto um eletrodo menor que cobre apenas parte do filme de nanofios fica no topo. O filme adsorve o vapor de água da atmosfera. Uma combinação da condutividade elétrica e da química da superfície dos nanofios de proteínas, acoplada aos poros finos entre os nanofios no filme, estabelece as condições que geram uma corrente elétrica entre os dois eletrodos.
Os pesquisadores dizem que a atual geração de dispositivos Air-gen é capaz de alimentar pequenos eletrônicos, e eles esperam trazer a invenção em escala comercial em breve. Os próximos passos que planejam incluem o desenvolvimento de um pequeno “patch” genérico do ar que possa alimentar dispositivos eletrônicos, como monitores de saúde e fitness e relógios inteligentes, o que eliminaria a necessidade de baterias tradicionais. Eles também esperam desenvolver Air-gens para aplicar nos telefones celulares, a fim de eliminar cobranças periódicas.
Yao diz: “O objetivo final é criar sistemas em larga escala. Por exemplo, a tecnologia pode ser incorporada à tinta de parede que pode ajudar a abastecer sua casa. Ou podemos desenvolver geradores a ar independentes que forneçam eletricidade a partir do Quando chegarmos a uma escala industrial para a produção de fios, espero que possamos fazer grandes sistemas que darão uma grande contribuição à produção sustentável de energia “.
Continuando a aprimorar as capacidades biológicas práticas do Geobacter, o laboratório de Lovley desenvolveu recentemente uma nova linhagem microbiana para produzir de forma mais rápida e barata os nanofios de proteínas em massa. “Transformamos a E. coli em uma fábrica de nanofios de proteínas”, diz ele. “Com esse novo processo escalável, o fornecimento de nanofios de proteínas não será mais um gargalo para o desenvolvimento dessas aplicações”.
A descoberta da geração aérea reflete uma colaboração interdisciplinar incomum, dizem eles. Lovley descobriu o micróbio Geobacter na lama do rio Potomac, há mais de 30 anos. Mais tarde, seu laboratório descobriu sua capacidade de produzir nanofios de proteínas eletricamente condutores. Antes de vir para a UMass Amherst, Yao trabalhou por anos na Universidade de Harvard, onde projetou dispositivos eletrônicos com nanofios de silício. Eles se uniram para ver se dispositivos eletrônicos úteis poderiam ser feitos com os nanofios de proteínas colhidos no Geobacter.
Xiaomeng Liu, Ph.D. estudante no laboratório de Yao, estava desenvolvendo dispositivos sensores quando percebeu algo inesperado. Ele lembra: “Vi que quando os nanofios eram contatados com eletrodos de uma maneira específica, os dispositivos geravam corrente. Constatei que a exposição à umidade atmosférica era essencial e que os nanofios de proteínas absorviam água, produzindo um gradiente de voltagem no dispositivo”.
Além do Air-gen, o laboratório de Yao desenvolveu várias outras aplicações com os nanofios de proteínas . “Este é apenas o começo de uma nova era de dispositivos eletrônicos baseados em proteínas”, disse Yao.