Funghi elettrici: ecco la biobatteria che deve essere nutrita anziché ricaricata

Una batteria che ha bisogno di essere alimentata invece di essere ricaricata? Questo è esattamente ciò che i ricercatori dell’Empa hanno ottenuto con la loro batteria fungina biodegradabile stampata in 3D. La batteria vivente potrebbe fornire energia ai sensori per l’agricoltura o la ricerca in regioni remote. Una volta terminato il lavoro, si digerisce dall’interno.

 

 

I funghi sono fonte di fascino. Questo regno della vita, più strettamente legato agli animali che alle piante, racchiude un’enorme varietà.

Qui si può trovare di tutto: dai funghi commestibili alle muffe, dalla vita unicellulare al più grande organismo della Terra, dagli agenti patogeni patogeni ai supereroi che producono medicinali.

Ora, i ricercatori dell’Empa hanno ottenuto un’altra capacità dai funghi: generare elettricità.

Nell’ambito di un progetto di ricerca triennale, sostenuto dalla Gebert Rüf Stiftung nell’ambito del programma di finanziamento Microbials, i ricercatori del laboratorio di cellulosa e materiali in legno dell’Empa hanno sviluppato una batteria fungina funzionante.

Le cellule viventi non producono molta elettricità, ma abbastanza per alimentare un sensore di temperatura per diversi giorni, ad esempio.

Tali sensori sono utilizzati in agricoltura o nella ricerca ambientale.

Il più grande vantaggio della batteria fungina: a differenza delle batterie convenzionali, non solo è completamente atossica, ma anche biodegradabile.

A rigor di termini, la cella non è una batteria, ma una cosiddetta cella a combustibile microbica. Come tutti gli esseri viventi, i microrganismi convertono i nutrienti in energia.

Le celle a combustibile microbiche sfruttano questo metabolismo e catturano parte dell’energia sotto forma di elettricità.

Fino ad ora, sono stati per lo più alimentati da batteri.

“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 delle due specie di funghi si completano a vicenda: sul lato anodico c’è un fungo di lievito il cui metabolismo rilascia elettroni.

Il catodo è colonizzato da un fungo marciume bianco, che produce un enzima speciale, che consente agli elettroni di essere catturati e condotti fuori dalla cellula.

I funghi non vengono “piantati” nella batteria, ma sono parte integrante della cella fin dall’inizio.

I componenti della batteria fungina sono prodotti utilizzando la stampa 3D.

Ciò consente ai ricercatori di strutturare gli elettrodi in modo tale che i microrganismi possano accedere ai nutrienti il più facilmente possibile.

Per fare ciò, le cellule fungine vengono mescolate nell’inchiostro da stampa.

Più facile a dirsi che a farsi: “È già abbastanza difficile trovare un materiale in cui i funghi crescano bene”, afferma Gustav Nyström, responsabile del laboratorio di cellulosa e materiali in legno.

“Ma l’inchiostro deve anche essere facile da estrudere senza uccidere le cellule e, naturalmente, vogliamo che sia elettricamente conduttivo e biodegradabile”.

Grazie alla vasta esperienza del loro laboratorio nella stampa 3D di materiali morbidi a base biologica, i ricercatori sono stati in grado di produrre un inchiostro adatto a base di cellulosa.

Le cellule fungine possono anche utilizzare la cellulosa come nutriente e quindi aiutare a scomporre la batteria dopo l’uso.

Tuttavia, la loro fonte di nutrienti preferita sono gli zuccheri semplici, che vengono aggiunti alle celle della batteria.

“È possibile conservare le batterie fungine in uno stato essiccato e attivarle sul posto semplicemente aggiungendo acqua e sostanze nutritive”, afferma Reyes.

Sebbene i funghi robusti sopravvivano a tali fasi secche, lavorare con i materiali viventi ha posto una serie di sfide per i ricercatori.

Il progetto interdisciplinare combina microbiologia, scienza dei materiali e ingegneria elettrica.

Per caratterizzare le batterie fungine, il microbiologo Reyes ha dovuto non solo apprendere le tecniche elettrochimiche, ma anche adattarle agli inchiostri per la stampa 3D.

I ricercatori hanno ora in programma di rendere la batteria fungina più potente e più duratura e di cercare altri tipi di funghi che sarebbero adatti a fornire elettricità.

“I funghi sono ancora poco studiati e sottoutilizzati, soprattutto nel campo della scienza dei materiali”, concordano Reyes e Nyström.