p A equipe de engenheiros e químicos liderada pela AUCLA deu um passo importante no desenvolvimento de células a combustível microbianas - uma tecnologia que utiliza bactérias naturais para extrair elétrons de matéria orgânica em águas residuais para gerar correntes elétricas. Um estudo detalhando o avanço foi publicado recentemente em Ciência . p "Sistemas vivos de recuperação de energia utilizando bactérias encontradas em águas residuais oferecem um golpe duplo para os esforços de sustentabilidade ambiental, "disse o co-autor correspondente, Yu Huang, professor e catedrático do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia UUCLASamueli. "As populações naturais de bactérias podem ajudar a descontaminar os lençóis freáticos, decompondo compostos químicos prejudiciais. Agora, nossa pesquisa também mostra uma maneira prática de aproveitar a energia renovável desse processo. "

p A equipe se concentrou no gênero bacteriano Shewanella , que foram amplamente estudados para suas capacidades de geração de energia. Eles podem crescer e prosperar em todos os tipos de ambientes, incluindo solo, águas residuais e água do mar - independentemente dos níveis de oxigênio.

p Shewanella as espécies decompõem naturalmente os resíduos orgânicos em moléculas menores, com elétrons sendo um subproduto do processo metabólico. Quando as bactérias crescem como filmes em eletrodos, alguns dos elétrons podem ser capturados, formando uma célula de combustível microbiana que produz eletricidade.

p Contudo, células de combustível microbianas alimentadas por Shewanella oneidensis não capturaram anteriormente as correntes suficientes das bactérias para tornar a tecnologia prática para uso industrial. Poucos elétrons podiam se mover com rapidez suficiente para escapar das membranas da bactéria e entrar nos eletrodos para fornecer energia e correntes elétricas suficientes.

p Abordar esta questão, os pesquisadores adicionaram nanopartículas de prata a eletrodos que são compostos de um tipo de óxido de grafeno. As nanopartículas liberam íons de prata, que as bactérias reduzem a nanopartículas de prata usando elétrons gerados a partir de seu processo metabólico e, em seguida, incorporam em suas células. Uma vez dentro da bactéria, as partículas de prata agem como fios de transmissão asmicroscópicos, capturando mais elétrons produzidos pela bactéria.

p "Adicionar as nanopartículas de prata às bactérias criando uma via expressa dedicada para elétrons, o que nos permitiu extrair mais elétrons e velocidades mais rápidas, "disse XiangfengDuan, o outro autor correspondente do estudo e professor de química e bioquímica na UCLA.

p Com uma eficiência de transporte de elétrons muito melhorada, o resultado com infusão de prata Shewanella o filme produz mais de 80% dos elétrons metabólicos para o circuito externo, gerando uma potência de 0,66 miliwatts por centímetro quadrado - mais do que o dobro do melhor para células de combustível de base microbiana.

p Com o aumento da corrente e eficiências aprimoradas, o estudo, que foi apoiado pelo Office of Naval Research, mostrou que as células de combustível alimentadas por prata Shewanella bactérias híbridas podem abrir caminho para uma saída de energia suficiente em ambientes práticos.

p BochengCao, um estudante de doutorado da UCLA orientado por Huang e Duan, é o primeiro autor do artigo. Outros autores seniores da UCLA são Gerard Wong, professor de bioengenharia; Paul Weiss, uma cadeira presidencial da UC e distinto professor de química e bioquímica, Bioengenharia, e ciência e engenharia de materiais; e Chong Liu, professor assistente de química e bioquímica. KennethNealson, um professor emérito de ciências da terra na USC, também é um autor sênior.

p Duan, Huang e Weiss são todos membros do California NanoSystems Institute da UCLA.