Обнаружен фермент, превращающий воздух в электричество: новый чистый способ воплотить энергетические мечты в реальность

Австралийские ученые обнаружили фермент, который преобразует воздух в энергию, используя небольшое количество водорода в атмосфере для создания электрического тока.

Фермент, о котором идет речь, называется Huc (произносится «Гек»). Он производится бактериями и помогает им расти и выживать в почве, океанах, вулканических кратерах и даже в Антарктиде.

Микробиологи Монаша теперь обнаружили, что он может производить электричество из воздуха.

Важное открытие описано в журнале Nature. Исследовательскую группу возглавляли доктор Рис Гринтер из Монаша, аспирант Эшли Кропп и профессор Крис Грининг из Института биомедицинских открытий.

Лаборатория профессора Грининга специализируется на том, как бактерии получают энергию. Лаборатория доктора Гринтера сосредоточена на молекулярных машинах, из которых состоят бактерии, и на том, как они работают.

«Мы уже давно знаем, что бактерии могут использовать следы водорода в воздухе в качестве источника энергии», — сказал профессор Грининг. «Но до сих пор мы не знали, как они это сделали».

Huc работает как поглотитель водорода и, в отличие от всех других известных ферментов и химических катализаторов, может потреблять газ ниже атмосферного уровня.

В этом смысле это похоже на естественную батарею, производящую небольшой электрический ток из воздуха или добавленного водорода. Наука была озадачена тем, как это работало. Это открытие открывает путь к созданию устройств, которые буквально производят энергию в виде электричества из воздуха.

ТАКЖЕ ОБНАРУЖЕНО: Разработано новое революционное экологически чистое топливо, благодаря которому автомобили будут работать на солнечной энергии

«На самом деле мы хотели изолировать Huc от бактерии, способной поглощать атмосферный водород», — говорит доктор Гринтер. «Это сложная задача, потому что зачастую эти бактерии из окружающей среды трудно культивировать. Итак, мы разработали ряд новых методов, позволяющих сначала вырастить бактерии, затем вскрыть их, а затем с помощью химии попытаться изолировать этот единственный компонент».

Выбранной бактерией была Mycobacterium smegmatis, открытая в 1884 году в Австрии врачом Зигмундом Люстгартеном, занимавшимся кожными заболеваниями. Несмотря на то, что M. smegmatis изолирован в этом контексте, он обычно обитает в почве, не вызывает заболеваний и относительно хорошо изучен из-за его использования в качестве модели организма для его двоюродного брата туберкулеза.

«Кроме того, — говорит он, — одна из вещей, которая важна для изучения бактерий или очистки компонентов, — это возможность изменять их геномы. Добавьте гены, уберите их и добавьте немного дополнительной ДНК, которая позволит вам очистить комплексы. Эти инструменты существуют для M. smegmatis».

Член команды Эшли Кропп проделала большую часть лабораторной работы, включая извлечение Huc из клеток бактерий.

«Мы обнаружили, что у Хука есть дополнительный компонент, о существовании которого мы не знали», — говорит он.

АВТОМОБИЛИ НА СОЛНЦЕ: Разработано новое революционное экологически чистое топливо, которое позволит автомобилям работать на солнечной энергии

«Используя это, Хук формирует большой комплекс, а когда мы его удалим, Хук больше не образует такой большой комплекс. Оказывается, этот компонент и комплекс действительно важны для функционирования Huc в клетках».

Лабораторные работы показали, что очищенный Huc можно хранить в течение длительного времени.

«Он очень стабилен. Фермент можно заморозить или нагреть до 80°С, и он сохранит свою способность генерировать энергию», — говорит Кропп. «Это отражает то, что этот фермент помогает бактериям выживать в самых экстремальных условиях».

«Хотя для того, чтобы это произошло, предстоит проделать большую работу, существует ряд потенциальных применений», — говорит доктор Гринтер. «Синтез тонких химических веществ требует очень специфических модификаций молекулы, которые может быть сложно осуществить химически. Хук мог бы использовать электроны небольших количеств водорода в воздухе для выполнения этих химических модификаций в промышленном химическом синтезе».

Huc также можно использовать в качестве датчика водорода. Huc производит электрический ток, когда присутствует водород. Когда Huc включен в электрическую цепь, этот ток можно измерить для определения концентрации водорода.