Yksi kestävien energiajärjestelmien ongelmista on se, miten tuulesta, auringosta ja aalloista syntyvää sähköä varastoidaan. Tällä hetkellä mikään olemassa oleva tekniikka ei takaa kestävää energian laajamittaista varastointia ja energian takaisinottoa edullisilla talous- ja ympäristökustannuksilla.
Muokatut sähköaktiiviset mikrobit voisivat olla osa ratkaisua. Tällaiset mikrobit kykenevät lainaamaan elektronin aurinko- tai tuulivoimalta ja käyttämään energiaa hiilidioksidimolekyylien hajottamiseksi. Mikrobit voivat sitten ottaa hiiliatomeja tehdäkseen biopolttoaineita, joita voidaan polttaa tai lisätä esimerkiksi bensiiniin.
"Arvelemme, että biologialla on merkittävä rooli kestävän energiainfrastruktuurin luomisessa," toteaa Cornell Universityn biologisen ja ympäristötekniikan apulaisprofessori Buz Barstow. Barstow on johtava tekijä Sähköenergian varastointi muokatuilla biologisilla järjestelmillä -tutkimuksessa.
Sähköteknisten muokattujen elementtien (synteettisten tai ei-biologisten) lisääminen voisi tehdä tästä lähestymistavasta mikrobeja tuottavamman ja tehokkaamman. Samalla monien vaihtoehtojen saaminen luo myös monia teknisiä valintoja ja tutkimus tarjoaakin informaatiota parhaimman tarpeen mukaisen mallin määrittämiseksi.
Tutkimus tuo esiin uuden lähestymistavan, jossa yhdistyy biologinen ja ei-biologinen sähkökemiallinen tekniikka uudeksi energian varastointimenetelmän luomiseksi. Luonnon oma fotosynteesi tarjoaa esimerkin aurinkoenergian varastoimisesta ja sen muuttamisesta biopolttoaineiksi suljetussa hiilisilmukassa. Fotosynteesisoluihin osuvasta energiasta käytetään kuitenkn hyödyksi alle yksi prosentti.
Sähköaktiiviset mikrobit mahdollistavat korvata biologisen valon keruun valosähköllä. Nämä mikrobit voivat absorboida sähköä aineenvaihduntaansa ja käyttää tätä energiaa hiilidioksidin muuttamiseksi biopolttoaineiksi. Lähestymistapa vaikuttaa erittäin lupaavalta biopolttoaineiden tuoton tehostamisessa.
Tutkijat huomauttavat, että ei-biologiset menetelmät, jotka käyttävät sähköä hiilen sitomiseksi orgaanisiin yhdisteisiin kuten biopolttoaineisiin alkavat jo ylittää mikrobien kyvyt. Sähkökemialliset teknologiat eivät kuitenkaan ole hyviä luomaan biopolttoaineiden ja polymeerien tarvitsemia monimutkaisia molekyylejä. Suunnitellut sähköaktiiviset mikrobit voitaisiin suunnitella muuttamaan nämä yksinkertaiset molekyylit paljon monimutkaisemmiksi.
Teknisten mikrobien ja sähkökemiallisten järjestelmien yhdistelmät voisivat suuresti ylittää fotosynteesin tehokkuuden. Näistä syistä suunnitelma, joka yhdistää nämä kaksi järjestelmää, tarjoaa tekijöiden mukaan lupaavimman ratkaisun energian varastointiin.
Tulevaisuudessa tutkijat aikovat käyttää koottua dataa testaamaan kaikki mahdolliset sähkökemiallisten ja biologisten komponenttien yhdistelmät ja löytämään parhaat yhdistelmät kaikista näistä valinnoista.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 14.6.2019
