Nanotekniken som gör energi av luft

Snart kanske våra mobiltelefoner och smarta klockor fungerar utan batteri. Istället kan de innehålla nanotrådar från bakterier som utvinner energi ur luften omkring oss. Forskare vid University of Massachusetts Amherst i USA har nämligen utvecklat en teknik som använder ett naturligt protein för att skapa elektricitet från fukt i luften. Dessa nanotrådar är nanometerstora trådar av elektriskt ledande material.

– Vi producerar bokstavligen energi ur tomma luften, förklarade elektroingenjören Jun Yao, som arbetar med projektet, till sajten Phys.org i samband med att de presenterade upptäckten i tidskriften Nature i februari 2020.

Innovationen har fått namnet Air-gen, vilket är en förkortning av engelskans air-powered generator, alltså luftdriven generator. Tekniken är förnybar, billig och orsakar inga koldioxidutsläpp. Air-gen kan skapa energi även i områden med extremt låg luftfuktighet, som exempelvis Saharaöknen, menar forskarteamet.

Detta gör att tekniken har uppenbara fördelar jämfört med andra förnybara energikällor, då det varken krävs vind eller sol. Den kan till och med användas inomhus.

Flodbakterier ledde till upptäckten

Air-gen är en helt ny uppfinning, men det faktum att bakterier producerar nanotrådar som leder ström är känt sedan tidigare. Erika Zeglio är forskare vid avdelningen för mikro- och nanosystem på KTH i Stockholm och arbetar med bakterier i elektroniska apparater.

– Det som är verkligt nytt med Air-gen är att de lyckats använda dessa strömförande nanotrådar för att generera energi, säger hon.

De bakterier som används i Air-gen hittade en av forskarna längs en flod på den amerikanska östkusten för 30 år sedan. Experiment visade att mikroberna kunde skapa proteintrådar i nanoskala, alltså nanotrådar, som leder ström. I en sluten laboratoriemiljö skördas nu nanotrådarna för att användas i Air-gen.

Vill integrera tekniken i väggfärg

Enligt forskarteamet kan den nuvarande generationen Air-gen användas för att förse mindre elektronikprodukter med ström. Teamet planerar att kommersialisera tekniken inom kort. Bland annat tänker de ta fram riktigt små generatorer som kan fästas vid bärbar elektronik som smartklockor, för att de ska kunna användas utan batteri. Ett annat planerat användningsområde är mobiltelefoner, som då inte längre behöver laddas.

Målet på sikt är att även kunna använda Air-gen i stora system. Ett exempel som ingenjören Jun Yao nämner är att integrera Air-gen-tekniken i väggfärgen i människors hem, så att den på så vis kan hjälpa till med husets energiförsörjning.

– Detta är början på en ny era med proteinbaserad elektronik, säger Jun Yao i intervjun med sajten Phys.org.

Utmaning att skala upp processen

Erica Zeglio på KTH är något mer försiktig i sin prognos. För att tekniken med att generera elektricitet ur luften ska bli verklighet måste flera saker redas ut. Det första är att vi bättre behöver förstå hur nanotrådarna är uppbyggda och hur deras ledningsförmåga fungerar. Det andra är att processen för att skörda nanotrådar från bakterierna måste kunna skalas upp. De bakterier som Air-gen använder i dag växer bara under speciella förutsättningar i en miljö utan syre.

– Ett alternativ är om vi hittar en syntetisk ersättare till nanotrådarna, som är lättare att hantera, säger Erica Zeglio.

Inom energiforskningen är den stora frågan i dag hur vi ska klara övergången till förnybara energikällor. Erica Zeglio tycker att det är för tidigt att uttala sig om huruvida Air-gen kan bli en del av svaret, men följer forskarnas arbete med stort intresse.

– Tekniken är fortfarande i ett väldigt tidigt skede och det är svårt att säga hur den kommer att utvecklas. Men allt måste börja någonstans, och vem vet hur det ser ut om tio år? Läs mer (engelska)