Группа микробиологов в Австралии открыла фермент, превращающий водород в электричество, которое однажды можно будет использовать для создания источника энергии буквально из воздуха. Фермент, который они назвали Huc, используется бактерией для извлечения энергии из атмосферного водорода, что позволяет ей справляться с суровыми условиями.
Бактерии ежегодно удаляют из атмосферы более 70 миллионов тонн водорода, и этот процесс определяет состав воздуха, которым мы дышим. Исследователи подсчитали, что от 60% до 80% этих бактерий могут иметь такие ферменты, как Huc, а это означает, что значительное количество электроэнергии может быть получено из биологических источников.
«Нам уже давно известно, что бактерии могут использовать содержащиеся в воздухе следы водорода в качестве источника энергии, помогающего им расти и выживать, в том числе в антарктических почвах, вулканических кратерах и глубинах океана», — сказал Крис Грининг, микробиолог и исследователь. участник нового исследования, говорится в заявлении. «Но мы до сих пор не знали, как они это сделали.
Потенциальный новый источник энергии
Huc был обнаружен внутри бактерий Mycobacterium smegmatis , которые часто используются исследователями в лаборатории для изучения структуры клеточных стенок их родственников, Mycobacterium tuberculosis. M. smegmatis использует Huc для выращивания в экстремальных условиях, таких как вулканические кратеры или глубокие океанские глубины. Но как он это делает, было всепроникающей загадкой — до сих пор.
Исследователи говорят, что когда-нибудь его можно будет использовать для питания небольшой электроники.
Грининг и группа экспертов из Университета Монаш в Австралии изолировали Huc с помощью метода, называемого хроматографией, который позволяет разделить компоненты смеси. Затем они изучили атомную структуру фермента с помощью криоэлектронной микроскопии — метода, применяемого к образцам, охлажденным до криогенной температуры.
Это позволило исследователям составить карту атомной структуры Хака и электрических путей, по которым он переносит электроны. Huc имеет структуру с заряженными ионами никеля и железа. Когда туда попадают молекулы водорода (два протона, два электрона), они теряют свои электроны. Затем Huc отправляет эти электроны в поток, чтобы создать ток.
«Что мы действительно хотели сделать, так это изолировать Huc от бактерии, способной утилизировать атмосферный водород», — сказал Рис Гринтер, ведущий автор исследования и микробиолог, в заявлении для СМИ. «Это сложная задача, потому что часто эти бактерии из окружающей среды трудно культивировать. Поэтому мы разработали ряд новых методов».
Исследователи также использовали метод, называемый электрохимией, чтобы продемонстрировать, что Huc может преобразовывать небольшие концентрации водорода в воздухе непосредственно в электричество, которое может питать электрическую цепь. Кроме того, лабораторные тесты показали, что очищенный Huc можно хранить в течение длительного времени. «Он удивительно стабилен», — говорится в заявлении автора Эшли Кропп.
По словам исследователей, у Huc есть длинный список потенциальных энергетических приложений. Но они имеют ограниченный масштаб из-за небольшого количества водорода, к которому Гук имеет доступ в воздухе. Однако они считают, что однажды Huc можно будет использовать для питания небольшой электроники. По словам исследователей, если ему будет предоставлен большой источник водорода для использования, применение энергии Huc может расшириться.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
