Ученые открыли фермент, превращающий воздух в электричество

Австралийские исследователи обнаружили фермент, который может преобразовывать воздух в энергию.

Австралийские исследователи обнаружили фермент, способный преобразовывать воздух в энергию. Исследование, недавно опубликованное в престижном журнале природа, показывает, что фермент использует небольшое количество водорода в воздухе для генерации электрического тока. Этот прорыв прокладывает путь к разработке устройств, которые могут буквально генерировать энергию из воздуха.

Открытие было сделано группой ученых во главе с доктором Риз Гринтер, Эшли Крупп, доктором философии. студент и профессор Крис Грининг из Института биомедицинских открытий Университета Монаша в Мельбурне, Австралия. Команда произвела и изучила фермент, потребляющий водород, из бактерий, обычно встречающихся в почве.

Недавняя работа группы показала, что многие бактерии используют атмосферный водород в качестве источника энергии в бедных питательными веществами средах. Профессор Грининг сказал: «Мы уже давно знаем, что бактерии могут использовать следы водорода в воздухе в качестве источника энергии, чтобы помочь им расти и выживать, в том числе в антарктических почвах, вулканических кратерах и глубинах океана». «Но мы не знали, как они это сделали, до сих пор».

В этом природа В статье исследователи выделили фермент, ответственный за использование атмосферного водорода, из бактерии под названием мазок на микобактерии. Они показали, что этот фермент, названный Huc, превращает газообразный водород в электрический ток.

Доктор Гринтер отмечает, что «Huc чрезвычайно эффективен. В отличие от всех других известных химических ферментов и катализаторов, он потребляет водород ниже атмосферного уровня — менее 0,00005% воздуха, которым мы дышим».

Исследователи использовали несколько передовых методов, чтобы выявить молекулярную схему окисления атмосферного водорода. Они использовали передовую крио-ЭМ-микроскопию (крио-ЭМ) для определения их атомной структуры и электрических путей, раздвигая границы для получения наиболее четкой структуры фермента, о которой сообщалось этим методом на сегодняшний день. Они также использовали метод, называемый электрохимией, чтобы продемонстрировать, что очищенный фермент производит электричество при точных концентрациях водорода.

Лабораторная работа г-жи Крупп показывает, что можно хранить очищенный Huc в течение длительного времени.

Он удивительно стабилен. Фермент можно заморозить или нагреть до 80 градусов.[{» attribute=»»>Celsius, and it retains its power to generate energy,” Ms. Kropp said. “This reflects that this enzyme helps bacteria to survive in the most extreme environments.”

Huc is a “natural battery” that produces a sustained electrical current from air or added hydrogen. While this research is at an early stage, the discovery of Huc has considerable potential to develop small air-powered devices, for example as an alternative to solar-powered devices.

The bacteria that produce enzymes like Huc are common and can be grown in large quantities, meaning we have access to a sustainable source of the enzyme. Dr. Grinter says that a key objective for future work is to scale up Huc production. “Once we produce Huc in sufficient quantities, the sky is quite literally the limit for using it to produce clean energy.”

Reference: “Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen” by Rhys Grinter, Ashleigh Kropp, Hari Venugopal, Moritz Senger, Jack Badley, Princess R. Cabotaje, Ruyu Jia, Zehui Duan, Ping Huang, Sven T. Stripp, Christopher K. Barlow, Matthew Belousoff, Hannah S. Shafaat, Gregory M. Cook, Ralf B. Schittenhelm, Kylie A. Vincent, Syma Khalid, Gustav Berggren and Chris Greening, 8 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05781-7