ELETTRO500M®
Accumulator/Generator ATP Dependent
Generator
Energia pulita, generata da processi biochimici. Nessun rischio fisico, ambientale, chimico o biologico.
Accumulator
Tempi ridotti di ricarica. Materiali biodegradabili e di facile reperimento.
Dimension
Estremamente scalabile. Tecnologia adatta a progetti di miniaturizzazione dei dispositivi elettrici.
L’energia sostenibile è uno dei principali campi di ricerca attuali. Sebbene l’uso dell’energia idroelettrica, eolica o solare abbia fornito risultati incoraggianti in termini di quantità di energia prodotta, ad oggi è importante trovare delle soluzioni alternative. I ricercatori di varie discipline hanno tratto ispirazione dalla “bioenergetica” [1]. La bioenergetica è la branca che studia l’energia coinvolta nella formazione e rottura di legami chimici da molecole che appartengono agli organismi biologici.
Nel nostro organismo le due principali fonti di energia sono il metabolismo e le reazioni a catena di trasporto degli elettroni che permettono di produrre l’adenosina trifosfato (ATP), principale molecola chimica coinvolta nei processi energetici.
La catena di trasporto degli elettroni negli organismi biologici è un processo altamente regolato e ad alta efficienza che coinvolge un gran numero di enzimi e cofattori.
Un esempio concreto di processo energetico naturale è la fotosintesi. La fotosintesi è il procedimento che si occupa di convertire la luce solare in energia chimica ed è fondamentale ai fini dello svolgimento di funzioni essenziali per l’organismo. Il processo di fotosintesi si sviluppa in diverse fasi e vengono utilizzate proteine, un gradiente chimico e le membrane cellulari.
La natura effettua questo processo in modo spontaneo, ma per poter essere replicato in un laboratorio di ricerca devono essere soddisfatti diversi prerequisiti. Uno dei più importanti prerequisiti è la funzionalità e l’orientamento delle proteine in una membrana lipidica.
Le membrane biomimetiche con geometria planare sono state approfondite e utilizzate da diversi gruppi di ricerca per analizzare le diverse funzioni di membrana e delle proteine correlate, compreso il trasferimento di elettroni per la produzione di energia.
Un modello riprodotto di fonte di energia pulita sono le celle a biocarburante. Le celle a biocarburante si compongono di un anodo e un catodo e sono separate da una membrana a scambio ionico selettivo che regola il passaggio degli ioni carichi positivamente o negativamente [2]. Rispetto alle celle a combustibile commerciali, le celle a biocarburante presentano tre vantaggi chiave: i) possono funzionare a temperatura ambiente, in condizioni blande e a pH fisiologico, ii) hanno un’elevata efficienza di conversione del combustibile e iii) possono essere ridimensionate e personalizzate [3].
Le celle a biocombustibile rappresentano l’elemento chiave dei Biocapacitor che si costituiscono di tre componenti che, in associazione, servono a produrre e accumulare energia. I tre componenti sono: i) una cella a biocombustibile il cui biocatalizzatore ossida e riduce un substrato per generare energia elettrica, ii) un circuito a pompa di carica che aumenta la tensione di alimentazione della cella, iii) un condensatore che immagazzina l’energia elettrica potenziata [4-6].
Con questo principio, un Biocapacitor è in grado di generare energia elettrica a sufficienza per il funzionamento di dispositivi elettronici a scopo diagnostico e/o terapeutico (es. pacemaker) e di uso comune.
Approfondimenti:
[1] D’Adamo, I., Morone, P., & Huisingh, D. (2021). Bioenergy: A sustainable shift. Energies, 14(18), 5661. https://doi.org/10.3390/en14185661
[2] Nasar, A., & Perveen, R. (2019). Applications of enzymatic biofuel cells in bioelectronic devices–A review. International Journal of Hydrogen Energy, 44(29), 15287-15312. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.182
[3] Huang, X., Zhang, L., Zhang, Z., Guo, S., Shang, H., Li, Y., & Liu, J. (2019). Wearable biofuel cells based on the classification of enzyme for high power outputs and lifetimes. Biosensors and Bioelectronics, 124, 40-52. https://doi.org/10.1016/j.bios.2018.09.086
[4] Rao, S., Lu, S., Guo, Z., Li, Y., Chen, D., & Xiang, Y. (2014). A Light‐Powered Bio‐Capacitor with Nanochannel Modulation. Advanced Materials, 26(33), 5846-5850. https://doi.org/10.1002/adma.201401321
[5] Tahar, A. B., Zebda, A., Alcaraz, J. P., Gayet, L., Boualam, A., Cinquin, P., & Martin, D. K. (2019). A PANI supported lipid bilayer that contains NhaA transporter proteins provides a basis for a biomimetic biocapacitor. Chemical Communications, 55(87), 13152-13155. https://doi.org/10.1039/C9CC05569J
[6] Roseman, J. M., Lin, J., Ramakrishnan, S., Rosenstein, J. K., & Shepard, K. L. (2015). Hybrid integrated biological–solid-state system powered with adenosine triphosphate. Nature Communications, 6(1), 10070. https://doi.org/10.1038/ncomms10070
[7] Sarles, S. A., Sundaresan, V. B., & Leo, D. J. (2007, October). Study of supported bilayer lipid membranes for use in chemo-electric energy conversion via active proton transport. In Nanosensing: Materials, Devices, and Systems III (Vol. 6769, pp. 150-158). SPIE. https://doi.org/10.1117/12.734001
