Batterie biologiche, biodegradabili e rinnovabili

Mitocondrio. Courtesy of Dr. Henry Jakubowski, via microbewiki.kenyon.edu

I mitocondri sono degli organuli cellulari che sguazzano nel citoplasma degli eucarioti, e spesso vengono definiti come le “centrali energetiche” della cellula, un attributo meritato grazie alle funzioni di estrazione dell’energia dai metaboliti e dalle reazioni biochimiche implicate.

Un team di ricercatori ha provato ad impiegarli come dei veri e propri generatori di corrente biologici che producono energia sufficiente al funzionamento di piccoli dispositivi portatili come telefoni cellulari o computer portatili.

I mitocondri convertono gli acidi grassi e piruvato, derivanti dalla digestione degli zuccheri (glicolisi) e dei grassi, in adenosintrifosfato (ATP), una molecola ad alto potenziale energetico grazie al suo terzo gruppo fosfato che quando viene liberato genera ben 30,5 kj/mole. Shelley Minteer e i suoi collaboratori della Saint Louis University, Missouri, hanno sfruttato gli elettroni generati dal processo biochimico dei mitocondri per costruire un batteria completamente biologica, in grado di produrre una corrente variabile da pochi microampere a qualche milliampere per centimetro quadrato, a seconda dell’estensione della superficie dei mitocondri e la densità di carico.

Modello 3D dell'ATP. Imagecredit: Wikimedia Commons

Minteer evidenzia che le batterie disponibili attualmente in commercio contengono metalli, spesso tossici,e devono essere raccolte differenziandole dagli altri rifiuti. Tuttavia, gli impianti di riciclaggio delle batterie non sono diffusi ovunque, e la raccolta è lasciata ad un mero buon senso. Simile ad una batteria tradizionale, la versione “bio” contiene due elettrodi. Il catodo induce la generazione di ossigeno dall’acqua, mentre l’anodo sostiene i mitocondri resi opportunamente immobili. Una volta aggiunto il substrato, inizia la sua completa ossidazione, producendo biossido di carbonio, e quando ciò accade, gli elettroni corrono attraverso i conduttori pronti per essere sfruttati.

La bio-batteria è completamente rinnovabile e biodegradabile, è stabile a temperatura ambiente e ad un pH neutro per un massimo di 60 giorni. Minteer sostiene che le nuove batterie sarebbero più adatte a dispositivi di piccole dimensioni che solitamente hanno un utilizzo discontinuo. Al momento, la cella testata in laboratorio è in un contenitore aperto di vetro, ma per il futuro uso commerciale, non sarà un problema sigillare il tutto in un contenitore di plastica dura. Il carburante, qualsiasi liquido denso ad alta energia (sciroppo di glucosio?), verrebbe aggiunto attraverso una apertura o con una cartuccia usa e getta, che potrà essere agevolmente sostituita se necessario.

La dottoressa Shelley Minteer.

In futuro, Minteer vuole aumentare la superficie all’interno del dispositivo in modo da poter aumentare la densità di carico dei mitocondri, perché al momento sono limitate dalla quantità che si può mettere sull’elettrodo. Stanno anche cercando il modo per migliorare la resa in densità di energia, e riprogettare le dimensioni del dispositivo per essere il più compatto possibile.

Evgeny Katz, esperto in biochimica alla Clarkson University di New York,  descrive questo come un approccio molto interessante, perché i mitocondri possono consumare l’intero “pasto” biochimico, producendo molta più energia e potenza da questo processo di ossidazione. E’ stato anche colpito dall’elevata stabilità della batteria mitocondriale. Nella maggior parte delle celle con biocarburanti, la questione critica non è solo quanta energia si produce, ma per quanto tempo la si può ottenere.

Che sogno: niente più piombo, cadmio, nichel, cromo, alluminio, manganese, litio che girovagheranno per casa e nell’ambiente, piccole potenziali bombe chimiche che costano troppo, durano poco e sono tutt’altro che ecologiche, ma ancora troppo comode per essere abbandonate. Lo dico spesso e anche stavolta non mi sottraggo: questione di tempo!

Fonte: rcs.org: Bio battery based on cellular power plant

6 thoughts on “Batterie biologiche, biodegradabili e rinnovabili

  1. Speriamo più prima che dopo🙂
    Comunque la ricerca sulle bio-batterie sembra abbastanza promettente…se non ricordo male, tempo fa si parlò di un impiego di virus e batteri in tal senso; e in Giappone è stato ideato il primo motore alimentato dalle bevande zuccherine come cocacola o pepsi (http://www.nannimagazine.it/articolo/Bio-batterie-dal-Giappone-il-primo-motore-alimentato-con-lo-zucchero). Forse c’è un nesso fra la macchinina giapponese e la ricerca di cui hai parlato…o forse no…non saprei dire

    • Ciao Lucy!🙂
      Credo, ma potrei sbagliare, che le ricerche in questo campo si dividano in almeno quattro classi distinte, a seconda che vengano coinvolti processi esclusivamente enzimatici, batterici, virali o, come in questo caso, a carico di subunità cellulari. Probabilmente è una specie di competizione all’ultimo joule, dove la spunterà il sistema che si rivelerà più efficace e sostenibile al netto dei costi.
      Di recente ho anche letto di due ricerche parallele condotte dal MIT e dall’Università del Maryland che promettono di sviluppare accumulatori indossabili con alcuni componenti basati sulle attività virali. In questo ultimo caso, dato che lo stimolo proviene direttamente dallo sfruttamento in campo militare, potrebbe essere favorita dal “fato bellum”. Personalmente propendo per le MFC, che sono potenzialmente in grado di sfruttare il vettore idrogeno.😉

  2. E’ molto probabile che alla fin fine la spuntino i militari anche se sono perfettamente d’accordo con te nel considerare le MFC come le più promettenti. L’argomento è molto bello e interessante, attendiamo quindi ulteriori sviluppi🙂
    A presto,
    Lucy

  3. Pingback: La cocacola, una fonte di energia pulita! | Tecnologia e Ambiente

  4. Le MFC sono affascinanti, ma grezza come tecnologia, e poi che il vettore sia idrogeno o meno e irrilevante, nelle biobatterie i vettori sono gli zuccheri e molecole ad altissima densitá di energia e che solitamente non esplodono😉

    • Tralasciando le esplosioni, in quanto è un problema per molti tipi di batterie diverse, ho affermato che sono promettenti, anche se è necessario collocarle nel giusto contesto, e soprattutto rendersi conto dell’immaturità della tecnologia in questione. In teoria una MFC è in grado di raggiungere efficienze di gran lunga superiori al 50% ( (Yue & Lowther, 1986), inoltre secondo le ultime ricerche condotte da René Rozendal (tanto per dirne uno), la conversione di energia per la produzione di idrogeno è almeno 8 volte maggiore rispetto alle tecniche tradizionali.
      Qualche link:

      http://www.abc.net.au/science/articles/2011/09/20/3321033.htm
      Notevoli infine sono le applicazioni che sfruttano le acque reflue per il substrato, tanto da risolvere due problemi con una fava di batteri!

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