Wat als minuscule bacteriën een batterij zouden kunnen voeden? In China zijn wetenschappers erin geslaagd een miniatuurbatterij te maken die elektriciteit produceert uit levende micro-organismen. Dit prototype, dat in 3D kan worden geprint en zichzelf kan opladen, opent nieuwe mogelijkheden voor het creëren van duurzamere energiebronnen, met name voor de gezondheidszorg en connected devices.
Energie produceren zonder lithium, kobalt of giftige chemicaliën? Dat is het idee achter een gloednieuwe batterij die is ontwikkeld door een team van Chinese onderzoekers van de Academie van Wetenschappen in Shenzhen. Hun uitvinding maakt gebruik van een in de wetenschappelijke wereld welbekende bacterie, Shewanella oneidensis MR-1, die door zijn biologische activiteit elektriciteit kan opwekken.
Een nuttige batterij… maar niet om een computer te laten draaien
Het prototype heeft de afmetingen van een klassieke knoopcelbatterij (20 mm diameter, 3,2 mm dik). Het werkt dankzij een levende hydrogel, een gelachtig materiaal dat de beroemde bacteriën bevat. Deze zijn ingekapseld in een alginaatmatrix (een uit algen gewonnen bestanddeel), waar ze gedurende de hele levensduur actief blijven. Het resultaat: een kleine batterij die zelfstandig elektriciteit kan produceren.
Het geheel wordt aangevuld met een ionenwisselingsmembraan en een kathode die ferricyanide bevat. Het systeem kan in 3D worden geprint, in vormen die zijn aangepast aan verschillende toepassingen – een troef als men medische toepassingen voor ogen heeft.
Wat de prestaties betreft, zal deze biobatterij uw smartphone niet meteen vervangen. Hij heeft een maximaal vermogen van 8,31 µW/cm², een specifieke capaciteit van 0,4 mAh/g en een energiedichtheid van 0,008 Wh/L… cijfers die ver onder die van de huidige lithium-ionbatterijen liggen. Maar dat is ook niet het doel. Het idee is om een schoner alternatief te bieden voor de stroomvoorziening van kleine apparaten, zoals medische sensoren, implantaten of draagbare objecten.
Een andere interessante eigenschap is dat het systeem zichzelf kan opladen dankzij het metabolisme van de bacteriën. Tests tonen aan dat het tot tien oplaadcycli kan doorstaan met een efficiëntie van 99,5% – met andere woorden, zeer weinig energieverlies. En bovenal blijven de bacteriën gezond: aan het einde van de cycli behouden ze een levensvatbaarheid van meer dan 97%.
De onderzoekers hebben ook aangetoond dat deze kleine batterij kan worden gebruikt om zenuwen elektrisch te stimuleren, met name de heupzenuw en de nervus vagus. Dit soort gecontroleerde stimulatie zou op termijn een rol kunnen spelen in medische behandelingen of fysiotherapie.
Hoewel het nog maar een prototype is, laat deze levende batterij zien dat het mogelijk is om op een andere manier elektriciteit op te wekken, met biologisch afbreekbare materialen en zonder zeldzame grondstoffen te winnen. Het is een stap in de richting van milieuvriendelijkere energiesystemen, op voorwaarde dat onderzoekers een manier vinden om het vermogen te verhogen zonder schade toe te brengen aan levende organismen.
