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- Di Redazione BoLab
Un idrogel ispirato all’intestino umano ospita batteri che producono elettricità sfruttando i nutrienti delle acque reflue
Per produrre una batteria migliore, alcuni ingegneri hanno guardato dentro l’intestino umano. I ricercatori della Binghamton University, negli Stati Uniti, hanno sviluppato una biobatteria la cui superficie imita i villi intestinali, le minuscole strutture digitiformi che aumentano enormemente l’area disponibile per l’assorbimento dei nutrienti. In questo caso, però, i villi artificiali servono a creare l’habitat ideale per batteri capaci di generare elettricità.
Il dispositivo utilizza piccoli pilastri di idrogel conduttivo, flessibili e ricchi d’acqua, all’interno dei quali vengono incorporate spore dormienti di Bacillus subtilis. Quando arrivano i nutrienti, le spore germinano e diventano cellule metabolicamente attive. Durante questo metabolismo vengono trasferiti elettroni all’elettrodo, producendo una corrente elettrica. I villi costituiscono l’anodo, mentre dall’altra parte si trova un catodo in tessuto di carbonio separato da una membrana che permette il passaggio degli ioni.
La forma non è soltanto biomimetica. Rispetto a una superficie piatta di pari volume, l’architettura tridimensionale ha aumentato la densità volumetrica di potenza di circa 8,3 volte, portandola da 8,04 a 66,45 µW/cm³. Alimentato continuamente con una soluzione nutritiva, il prototipo ha inoltre mantenuto circa 0,75 volt per almeno 14 ore, sufficienti per piccoli LED o microsensori.
L’obiettivo più interessante è utilizzare il sistema nelle condotte delle acque reflue. Una struttura flessibile potrebbe aderire alle pareti interne dei tubi e permettere ai batteri di utilizzare come nutrimento una parte delle sostanze organiche presenti nell’acqua, producendo contemporaneamente piccole quantità di energia. Ma siamo ancora in laboratorio: i test sono stati effettuati con una soluzione che riproduce le caratteristiche delle acque reflue, non all’interno di una rete fognaria reale.
Restano infatti problemi da risolvere: distribuzione uniforme dei nutrienti, crescita irregolare dei biofilm, durata e produzione su larga scala. Il gruppo punta ora a sviluppare una stampa in un unico passaggio capace di fabbricare queste strutture in modo economico e scalabile.
Non sarà dunque una biobatteria da 0,75 volt a risolvere il problema energetico. Ma l’esperimento mostra una strada più interessante: progettare una tecnologia non copiando soltanto i materiali della natura, ma il modo in cui la natura organizza lo spazio per far lavorare meglio gli organismi viventi.
