Ученые создали «живую» основу для возобновляемых источников энергии

Биоаноды для биологических топливных элементов, с помощью микроорганизмов преобразующих энергию химических связей органических веществ в электричество, разработали ученые из молодежной лаборатории экологической и медицинской биотехнологии Тульского государственного университета (ТулГУ) и Тамбовского государственного технического университета (ТГТУ), 27 июня сообщает пресс-служба Министерства науки и высшего образования.

Использование таких биоанодов решит некоторые проблемы утилизации отходов биотехнологических производств и поможет улучшить экологическую ситуацию в целом. Биотопливные элементы могут применяться в случаях, когда недоступно централизованное электроснабжение, а также в качестве альтернативных источников энергии, например, в частных домах для зарядки мобильных телефонов и компьютеров, питания маломощных осветительных приборов. Разрабатываемые биоаноды также могут использоваться как элемент биосенсора в экологическом мониторинге для оценки степени загрязнения окружающей среды. Основой биологических топливных элементов является биокатализатор, представляющий собой определенные микроорганизмы и их ферментные системы, перерабатывающие широкий круг веществ, в том числе различных биоотходов. В качестве матриц для них используются природные и синтетические полимеры. В качестве наполнителей исследователи выбрали многостенные углеродные нанотрубки, окисленные в парах перекиси водорода. Ученые установили, что компоненты природных ферментативных каскадов и модифицированные углеродные нанотрубки в зависимости от типа полимерной матрицы совместно формируют определенные структуры бионанокомпозитов. Исследование носит фундаментальный характер. Выявленные ими закономерности позволили сформировать эффективные биоэлектрохимические системы — полимер-основанные биокомпозиты. В их состав вошли природный полимер хитозан, биокатализатор на основе субклеточных структур бактерий и углеродные нанотрубки. Руководитель направления, заведующий лабораторией экологической и медицинской биотехнологии ТулГУ, кандидат химических наук, доцент Сергей Алферов рассказал о проведенном исследовании: «Наибольшие трудности при разработке биокомпозитов для нас были связаны с совмещением в одной полимерной матрице биологического катализатора и наноматериалов, так как взаимное влияние не должно нарушать работу топливного элемента. Нам удалось достичь эффективных взаимодействий между биокаталитической частью и углеродными нанотрубками в матрице полимерных гидрогелей. Полученные результаты по разработке эффективных биоэлектрохимических систем еще раз доказывают важность и перспективность исследований на стыке биотехнологии, химии и нанотехнологии». Исследование проводилось в рамках работы НОЦ «ТулаТЕХ» по проекту «Биокаталитические платформы на основе микробных клеток, субклеточных структур и ферментов в сочетании с наноматериалами». Его результаты были представлены в статье «Проводящие нанокомпозиты на полимерной основе для разработки биоанодов с использованием мембраносвязанных ферментных систем бактерий Gluconobacter oxydans в биотопливных ячейках», опубликованной в журнале Polymers.