Energia pozyskiwana od… mikrobów
Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe, które pokazują, że ruch płynących bakterii mógłby być wykorzystany do wytwarzania energii na wzór urządzenia podobnego do farmy wiatrowej - ale w skali mikroskopowej.
Płyn wypełniony żywymi bakteriami może kiedyś stać się źródłem energii na małą skalę. Przeprowadzone niedawno symulacje komputerowe wskazują, że miniaturowe farmy (na wzór farm wiatrowych) mogą funkcjonować jak urządzenia wytwarzające energię dzięki ruchowi chaotycznie wirujących bakterii. Energia ta może być użyta do zasilania mikromaszyn lub pomp poprzez drobne kanały. W symulacjach bakterie mają tendencje do spontanicznego płynięcia w sposób uporządkowany przez cylindryczne turbiny. Turbiny te następnie obracają się jak wiatraki na wietrze.
Wcześniejsze badania wykorzystywały energię ruchu w takich samych płynach za pomocą niewielkich, asymetrycznych kół zębatych, które wirują, gdy bakterie wpadają między ich zęby. Ale nowe wyniki pokazują, że bardzo prosty system może służyć temu samemu celowi, zaś urządzenie jest łatwiejsze do skonstruowania. Naukowcy byli dość zaskoczeni swoim odkryciem, gdyż wcześniejsze prace wykazały, że trzeba mieć pewną asymetrię w systemie, aby wygenerować obrót.
Naukowcy przebadali symulacje cieczy wypełnionej wieloma cząstkami samobieżnymi, nazwaną gęstym aktywnym płynem. Płyny te mogą składać się z pływających bakterii lub biologicznych silników występującym w komórkach, na przykład białek miozyny i aktyny, które powodują skurcze mięśni. Takie płyny są zwykle bardzo „niespokojne” z powodu mnóstwa cząsteczek generujących gwałtowne i nieprzewidywalnie zmieniające się przepływy. To stawia badaczy przed dużym wyzwaniem, mającym na celu uzyskiwanie energii z płynu. Te chaotyczne ruchy powodują, że używanie takiego płynu jest nieprzydatne, ponieważ mamy do czynienia z przypadkowymi przepływami.
Ale kiedy naukowcy dodają w symulacji do płynu siatkę cylindrycznych wirników, z których każdy ma kilka setnych milimetra średnicy, to odkryli, że bakterie spontanicznie organizują się i jak marynarze wszystkie zaczynają wiosłować w tym samym kierunku. Płynące bakterie wytwarzają cyrkulacje płynu, który obraca wirniki. Taka rotacja może być wykorzystywana do generowania energii elektrycznej w taki sam sposób, jak robią to wiatraki, choć w dużo mniejszych ilościach. Mimo tego mogłyby być wykorzystane do zasilania małych elektrowni. Każdy wirnik może wytworzyć około biliardową część wata energii elektrycznej.
Jeden wirnik w pojedynkę nie działa zbyt dobrze. Jego wirowanie zmienia kierunek okresowo, gdy płyn chaotycznie kręci się wokół wirnika. Ale z szeregiem wirników usytuowanych blisko siebie bakterie są miarowo zsynchronizowanymi pływakami przeciskającymi się przez szczeliny między wirnikami i każdy wirnik konsekwentnie obraca się w kierunku przeciwnym do swoich sąsiadów.
System powinien przełożyć się z symulacji do rzeczywistego świata. Naukowcy już zastanawiają się nad możliwością jego skonstruowania.
Opracowano na podstawie:
Mini ‘wind farm’ could capture energy from microbes in motion
