Wetenschappers hebben een enzym ontdekt dat lucht omzet in elektriciteit

Australische onderzoekers hebben een enzym ontdekt dat lucht in energie kan omzetten.

Australische onderzoekers hebben een enzym ontdekt dat lucht in energie kan omzetten. De studie is onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift natuur, laat zien dat het enzym kleine hoeveelheden waterstof in de lucht gebruikt om een ​​elektrische stroom op te wekken. Deze doorbraak maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van apparaten die letterlijk stroom uit het niets kunnen opwekken.

De ontdekking werd gedaan door een team van wetenschappers onder leiding van Dr. Reese Grinter, Ashley Krupp, Ph.D. student, en professor Chris Greening van het Biomedical Discovery Institute van Monash University in Melbourne, Australië. Het team produceerde en bestudeerde een waterstofconsumerend enzym uit bacteriën die veel in de bodem voorkomen.

Recent werk van het team toonde aan dat veel bacteriën waterstof uit de atmosfeer gebruiken als energiebron in voedselarme omgevingen. Professor Greening zei: “We weten al een tijdje dat bacteriën sporen van waterstof in de lucht kunnen gebruiken als energiebron om hen te helpen groeien en overleven, ook in Antarctische bodems, vulkanische kraters en de diepten van de oceaan.” “Maar we wisten tot nu toe niet hoe ze het deden.”

In deze natuur Met het papier haalden de onderzoekers het enzym dat verantwoordelijk is voor het gebruik van atmosferische waterstof uit een bacterie genaamd Mycobacterium-uitstrijkje. Ze toonden aan dat dit enzym, genaamd Huc, waterstofgas omzet in elektrische stroom.

Dr. Grinter merkt op dat “Huc buitengewoon efficiënt is. In tegenstelling tot alle andere bekende chemische enzymen en katalysatoren verbruikt het waterstof onder atmosferische niveaus – minder dan 0,00005% van de lucht die we inademen.”

De onderzoekers gebruikten verschillende geavanceerde methoden om de moleculaire blauwdruk voor atmosferische waterstofoxidatie te onthullen. Ze gebruikten geavanceerde cryo-EM-microscopie (cryo-EM) om hun atomaire structuur en elektrische paden te bepalen, waarbij ze de grenzen verlegden om de meest opgeloste enzymstructuur te produceren die tot nu toe door deze methode is gerapporteerd. Ze gebruikten ook een techniek genaamd elektrochemie om aan te tonen dat het gezuiverde enzym elektriciteit produceert met de exacte waterstofconcentraties.

Laboratoriumwerk van mevrouw Krupp toont aan dat het mogelijk is om gezuiverde Huc gedurende lange tijd op te slaan.

Het is verbazingwekkend stabiel. Het enzym kan worden ingevroren of verwarmd tot 80 graden[{” attribute=””>Celsius, and it retains its power to generate energy,” Ms. Kropp said. “This reflects that this enzyme helps bacteria to survive in the most extreme environments.”

Huc is a “natural battery” that produces a sustained electrical current from air or added hydrogen. While this research is at an early stage, the discovery of Huc has considerable potential to develop small air-powered devices, for example as an alternative to solar-powered devices.

The bacteria that produce enzymes like Huc are common and can be grown in large quantities, meaning we have access to a sustainable source of the enzyme. Dr. Grinter says that a key objective for future work is to scale up Huc production. “Once we produce Huc in sufficient quantities, the sky is quite literally the limit for using it to produce clean energy.”

Reference: “Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen” by Rhys Grinter, Ashleigh Kropp, Hari Venugopal, Moritz Senger, Jack Badley, Princess R. Cabotaje, Ruyu Jia, Zehui Duan, Ping Huang, Sven T. Stripp, Christopher K. Barlow, Matthew Belousoff, Hannah S. Shafaat, Gregory M. Cook, Ralf B. Schittenhelm, Kylie A. Vincent, Syma Khalid, Gustav Berggren and Chris Greening, 8 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05781-7