Enzyme mới được phát hiện biến không khí thành điện, cung cấp một nguồn năng lượng sạch mới

bởi Đại học Monash

Ảnh: Miền công cộng Pixabay/CC0

Các nhà khoa học Úc đã phát hiện ra một enzyme chuyển đổi không khí thành năng lượng. Phát hiện này, được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Nature, cho thấy enzyme này sử dụng lượng hydro thấp trong khí quyển để tạo ra dòng điện. Phát hiện này mở ra cách tạo ra các thiết bị thực sự tạo ra năng lượng từ không khí mỏng.

Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Rhys Grinter, Ph.D. Sinh viên Ashleigh Kropp, và Giáo sư Chris Greening từ Viện khám phá y sinh của Đại học Monash ở Melbourne, Australia, đã sản xuất và phân tích một enzyme tiêu thụ hydro từ một loại vi khuẩn đất phổ biến.

Công việc gần đây của nhóm đã chỉ ra rằng nhiều vi khuẩn sử dụng hydro từ khí quyển như một nguồn năng lượng trong môi trường nghèo dinh dưỡng. "Chúng tôi đã biết một thời gian rằng vi khuẩn có thể sử dụng hydro theo dõi trong không khí như một nguồn năng lượng để giúp chúng phát triển và tồn tại, bao gồm cả trong đất Nam Cực, miệng núi lửa và đại dương sâu" Giáo sư Greening cho biết. "Nhưng chúng tôi không biết làm thế nào họ đã làm điều này, cho đến bây giờ."

Trong bài báo tự nhiên này, các nhà nghiên cứu đã trích xuất enzyme chịu trách nhiệm sử dụng hydro khí quyển từ một loại vi khuẩn gọi là mycobacterium smegmatis. Họ đã chỉ ra rằng enzyme này, được gọi là HUC, biến khí hydro thành một dòng điện. Tiến sĩ Grinter lưu ý, "HUC cực kỳ hiệu quả. Không giống như tất cả các enzyme và chất xúc tác hóa học đã biết khác, nó thậm chí còn tiêu thụ hydro dưới mức khí quyển, chỉ bằng 0,00005% không khí chúng ta thở."

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một số phương pháp tiên tiến để tiết lộ bản thiết kế phân tử của quá trình oxy hóa hydro khí quyển. Họ đã sử dụng kính hiển vi tiên tiến (Cryo-EM) để xác định cấu trúc nguyên tử và đường dẫn điện của nó, đẩy các ranh giới để tạo ra cấu trúc enzyme được giải quyết nhất được báo cáo bởi phương pháp này cho đến nay. Họ cũng đã sử dụng một kỹ thuật gọi là điện hóa học để chứng minh enzyme tinh khiết tạo ra điện ở nồng độ hydro phút.

Công việc trong phòng thí nghiệm được thực hiện bởi KROPP cho thấy rằng có thể lưu trữ HUC tinh khiết trong thời gian dài. "Nó ổn định một cách đáng kinh ngạc. Có thể đóng băng enzyme hoặc làm nóng nó đến 80 độ C, và nó vẫn giữ được sức mạnh của nó để tạo ra năng lượng", Kropp nói. "Điều này phản ánh rằng enzyme này giúp vi khuẩn tồn tại trong các môi trường khắc nghiệt nhất."

HUC là một "pin tự nhiên" tạo ra dòng điện bền vững từ không khí hoặc thêm hydro. Mặc dù nghiên cứu này đang ở giai đoạn đầu, việc phát hiện ra HUC có tiềm năng đáng kể để phát triển các thiết bị chạy bằng không khí nhỏ, ví dụ như là một thay thế cho các thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời.

Các vi khuẩn tạo ra các enzyme như HUC là phổ biến và có thể được trồng với số lượng lớn, có nghĩa là chúng ta có quyền truy cập vào một nguồn enzyme bền vững. Tiến sĩ Grinter nói rằng một mục tiêu chính cho công việc trong tương lai là mở rộng quy mô sản xuất HUC. "Một khi chúng tôi sản xuất HUC với số lượng đủ, bầu trời hoàn toàn theo nghĩa đen là giới hạn cho việc sử dụng nó để tạo ra năng lượng sạch."