Pesquisadores da Universidade de Massachusetts Amherst desenvolveram uma nova tecnologia verde que usa uma proteína natural para criar eletricidade a partir da umidade no ar, uma nova tecnologia que eles dizem que poderia ter implicações significativas para o futuro da energia renovável, das mudanças climáticas e no futuro da medicina.
Como relatado na revista Nature, o engenheiro elétrico Jun Yao e o microbiologista Derek Lovley na UMass Amherst criaram um dispositivo que eles chamam de “Air-gen” ou gerador movido a ar, com nanofios de proteína eletricamente condutiva produzidos pelo micróbio Geobacter. O Air-gen liga os eléctrodos aos nanofios proteicos de tal forma que a corrente eléctrica é gerada a partir do vapor de água naturalmente presente na atmosfera.
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“Estamos literalmente fazendo eletricidade do ar rarefeito”, diz Yao. “O Air-gen gera energia limpa 24 horas por dia, 7 dias por semana.” Lovely, que tem avançado materiais eletrônicos baseados em biologia sustentável durante três décadas, acrescenta, “É a mais incrível e excitante aplicação de nanofios de proteína até agora”.
A nova tecnologia desenvolvida no laboratório da Yao não é poluente, ela é renovável e de baixo custo. Ela pode gerar energia mesmo em áreas com umidade extremamente baixa, como o Deserto do Saara. Ela tem vantagens significativas sobre outras formas de energia renovável, incluindo solar e eólica, diz Lovley, porque, ao contrário dessas outras fontes de energia renovável, o Air-gen não requer luz solar ou vento, e “funciona até mesmo dentro de casa”.
O dispositivo Air-gen requer apenas uma fina película de nanowires de proteína com menos de 10 microns de espessura, explicam os pesquisadores. A parte inferior da película repousa sobre um eletrodo, enquanto um eletrodo menor, que cobre apenas parte da película de nanofios, fica em cima. A película absorve o vapor de água da atmosfera. Uma combinação da condutividade elétrica e da química de superfície dos nanofios da proteína, juntamente com os poros finos entre os nanofios dentro da película, estabelece as condições que geram uma corrente elétrica entre os dois eletrodos.
Os pesquisadores dizem que a geração atual de dispositivos Air-gen é capaz de alimentar pequenos eletrodos eletrônicos e esperam trazer a invenção à escala comercial em breve. Os próximos passos que eles planejam incluem o desenvolvimento de um pequeno “patch” Air-gen que pode alimentar os aparelhos eletrônicos, como monitores de saúde e fitness e relógios inteligentes, o que eliminaria a necessidade de baterias tradicionais. Eles também esperam desenvolver Air-gens para aplicar em telefones celulares, a fim de eliminar a carga periódica.
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Yao diz: “O objetivo final é fazer sistemas em larga escala. Por exemplo, a tecnologia pode ser incorporada na pintura de parede que pode ajudar a energizar a sua casa”. Ou, podemos desenvolver geradores autônomos movidos a ar que fornecem eletricidade fora da rede. Quando chegarmos a uma escala industrial para a produção de fios, espero plenamente que possamos fazer grandes sistemas que darão uma grande contribuição para a produção de energia sustentável”.
Continuando a avançar as capacidades biológicas práticas de Geobacter, o laboratório de Lovley desenvolveu recentemente uma nova estirpe microbiana para produzir mais rápida e barata massa de nanofios proteicos. “Transformamos a E. coli em uma fábrica de nanofios proteicos”, diz ele. “Com este novo processo escalável, o fornecimento de nano-fios de proteína não será mais um gargalo para o desenvolvimento destas aplicações”.
A descoberta da Air-gen reflete uma colaboração interdisciplinar incomum, dizem eles. Lovley descobriu o micróbio Geobacter na lama do rio Potomac, há mais de 30 anos. O seu laboratório descobriu mais tarde a sua capacidade de produzir nanofios de proteínas eletricamente condutivas. Antes de vir para a UMass Amherst, Yao havia trabalhado durante anos na Universidade de Harvard, onde ele projetou dispositivos eletrônicos com nanofios de silício. Eles uniram forças para ver se dispositivos eletrônicos úteis poderiam ser feitos com os nanofios proteicos colhidos em Geobacter.
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Xiaomeng Liu, um estudante de doutorado no laboratório de Yao, estava desenvolvendo dispositivos sensores quando notou algo inesperado. Ele se lembra: “Eu vi que quando os nanofios foram contatados com eletrodos de uma forma específica os dispositivos geraram uma corrente”. Descobri que a exposição à umidade atmosférica era essencial e que os nanofios de proteínas adsorviam água, produzindo um gradiente de voltagem através do dispositivo”.
Além do Air-gen, o laboratório de Yao desenvolveu várias outras aplicações com os nanofios proteicos. “Este é apenas o início de uma nova era de dispositivos eletrônicos baseados em proteínas”, disse Yao.
O estudo foi publicado na revista Nature, clique aqui para acessá-lo.
