I ricercatori dell'Empa hanno creato una innovativa "biobatteria" fungina attraverso la stampa in 3D. La produzione energetica è piccola ma le potenzialità sono interessanti
La tecnologia della stampa 3D ha valicato un nuovo confine. Quale? Quello delle fuel cell. Un gruppo di scienziati in Svizzera ha realizzato speciali celle a combustibile stampate, a base di cellulosa e miceti.
Fuel cell microbiche, nuovi progressi
Ci troviamo nel campo delle fuel cell microbiche o “biobatterie”, dispositivi che impiegano microrganismi per ossidare il “combustibile” – generalmente zuccheri o acidi – e rilasciare elettroni.
L’idea alla base delle pile a combustibile microbiologiche risale addirittura all’inizio del secolo scorso tuttavia ad oggi l’ottimizzazione delle loro prestazioni risulta ancora una sfida aperta.
Nonostante ciò il loro potenziale nella produzione energetica per le applicazioni a bassa potenza – come dispositivi diagnostici, di telerilevamento o di monitoraggio ambientale – continua ad attrarre nuove ricerche. L’obiettivo è di riuscire ad alimentare la futura elettronica verde in maniera più ecologica e semplice.
Le nuove celle a combustibile stampate a base di funghi
Le celle create nei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (EMPA), in Svizzera, hanno diverse marce in più rispetto agli studi precedenti. Rispetto alle biobatterie convenzionali non impiegano batteri ma due miceti: per la precisione il lievito Saccharomyces cerevisiae e il fungo del marciume bianco Trametes pubescens.
“Per la prima volta, abbiamo combinato due tipi di funghi per creare una cella a combustibile funzionante”, afferma la ricercatrice dell’Empa Carolina Reyes. I metabolismi di queste due specie si completano a vicenda: sul lato dell’anodo si trova il lievito che rilascia elettroni ossidando il combustibile, mentre il catodo è colonizzato dal fungo del marciume bianco che, attraverso un enzima dedicato, consente agli elettroni di essere catturati.
Altra novità: per realizzare le nuove celle a combustibile i ricercatori hanno usato la stampa 3D. Nel dettaglio sono stati creati inchiostri combinando i miceti con una soluzione sterile di cellulosa contenente nero fumo, scaglie di grafite, glicerolo e nutrienti. L’approccio permette di usare solo la quantità di materiai necessari, realizzando strutture complesse.
C’è anche un ulteriore vantaggio legato all’impiego di miceti: “È possibile conservare le batterie fungine in uno stato essiccato e attivarle sul posto semplicemente aggiungendo acqua e nutrienti”, afferma Reyes.
Quanta energia producono le celle a combustibile stampate?
Una singola biobatteria vanta una densità di potenza massima di 12,5 μW/cm2 e una densità di corrente massima di 49,2 μA/cm2. Una volta messe alla prova le fuel cell fungine stampate hanno prodotto tra 300 e 600 mV per diversi giorni. Per gli scienziati collegandone 4 tra loro sarebbe già possibile alimentare un piccolo sensore per 65 ore. Inoltre – spiegano – è possibile costruire una cella a combustibile fungina completamente biodegradabile con cera d’api e una membrana a scambio protonico in cellulosa.
I prossimi passi? Rendere il dispositivo più potente e duraturo, indagando anche altri tipi di funghi adatti allo scopo.
La ricerca è stata pubblicata su ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.4c05494
