Uno dei grandi problemi dei i sistemi energetici sostenibili è come immagazzinare l’elettricità generata dal vento, dal sole e dalle onde. Allo stato attuale, nessuna tecnologia esistente fornisce stoccaggio e recupero di energia su larga scala per un’energia sostenibile a basso costo finanziario e ambientale.
I microbi elettroattivi ingegnerizzati potrebbero far parte della soluzione; questi microbi sono in grado di prendere in prestito un elettrone dall’elettricità solare o eolica e utilizzare l’energia per spezzare le molecole di biossido di carbonio dall’aria. I microbi possono quindi prendere gli atomi di carbonio per produrre biocarburanti, come isobutanolo o propanolo, che potrebbero essere bruciati in un generatore o aggiunti alla benzina, per esempio.
“Pensiamo che la biologia svolga un ruolo significativo nella creazione di un’infrastruttura energetica sostenibile”, ha affermato Buz Barstow, assistente professore di ingegneria biologica e ambientale presso la Cornell University.
Barstow è l’autore senior di “Accumulo di energia elettrica con sistemi biologici ingegnerizzati”, pubblicato sul Journal of Biological Engineering.
L’aggiunta di elementi ingegnerizzati elettricamente (sintetici o non biologici) potrebbe rendere questo approccio ancora più produttivo ed efficiente rispetto ai soli microbi. Allo stesso tempo, avere molte opzioni crea anche troppe scelte ingegneristiche. Lo studio fornisce informazioni per determinare il miglior design in base alle esigenze.
“Stiamo suggerendo un nuovo approccio in cui ricuciamo ingegneria elettrochimica biologica e non biologica per creare un nuovo metodo per immagazzinare energia”, ha affermato Farshid Salimijazi, uno studente laureato nel laboratorio di Barstow e il primo autore del documento.
La fotosintesi naturale offre già un esempio per immagazzinare energia solare su larga scala e trasformarla in biocarburanti in un circuito chiuso di carbonio. Cattura circa sei volte più energia solare in un anno di tutta la civiltà nello stesso tempo. Ma la fotosintesi è davvero inefficiente nel raccogliere la luce solare, assorbendo meno dell’uno percento dell’energia che colpisce le cellule fotosintetizzanti.
I microbi elettroattivi ci consentono di sostituire la raccolta della luce biologica con il fotovoltaico. Questi microbi possono assorbire l’elettricità nel loro metabolismo e utilizzare questa energia per convertire la CO2 in biocarburanti. L’approccio mostra molte promesse per produrre biocarburanti a livelli di efficienza più elevati.
Gli autori sottolineano che i metodi non biologici per utilizzare l’elettricità per la fissazione del carbonio (assimilando il carbonio dalla CO2 in composti organici, come i biocarburanti) stanno iniziando a eguagliare e persino a superare le capacità dei microbi. Tuttavia, le tecnologie elettrochimiche non sono efficaci nel creare i tipi di molecole complesse necessarie per i biocarburanti e i polimeri. I microbi elettroattivi ingegnerizzati potrebbero essere progettati per convertire queste molecole semplici in molecole molto più complicate.
Le combinazioni di microbi ingegnerizzati e sistemi elettrochimici potrebbero superare notevolmente l’efficienza della fotosintesi. Per questi motivi, secondo gli autori, un progetto che sposa i due sistemi offre la soluzione più promettente per l’accumulo di energia.
“Dai calcoli che abbiamo fatto, riteniamo che sia assolutamente possibile”, ha detto Salimijazi.
In futuro, i ricercatori hanno in programma di utilizzare i dati che hanno raccolto per testare tutte le possibili combinazioni di componenti elettrochimici e biologici e trovare le migliori combinazioni tra così tante scelte.