I batteri produrranno l’energia del futuro? Per ora alimentano già alcuni dispositivi indossabili

Alcune colonie batteriche sono in grado di generare energia elettrica in maniera sicura, sostenibile ed ecologica. Bastano solamente due elettrodi e una piccola quantità d’acqua.

Le fonti di energia rinnovabile per eccellenza sono, a oggi, la luce, il vento e la forza dell’acqua. Recentemente l’attenzione dei ricercatori si è concentrata su una possibile nuova frontiera: i cosiddetti batteri energetici. Alcuni di questi microrganismi potrebbero infatti fungere da base per soluzioni tecnologiche utili sia a risparmiare energia sia – di conseguenza – a contrastare i cambiamenti climatici e promuovere la sostenibilità ambientale.

Già oggi siamo in grado di ingegnerizzare nel modo opportuno i film batterici, rendendoli in grado di alimentare alcuni dispositivi indossabili. La conducibilità elettrica dei batteri potrebbe però essere sfruttata per alimentare altri strumenti, in teoria anche con dimensioni e consumi elevati. Ma andiamo con ordine.

I batteri non smettono di sorprenderci

Già sappiamo quanto i batteri siano necessari al mantenimento della salute e come abbiano colonizzato proficuamente soprattutto l’intestino umano. Fino a qualche tempo fa, però, in pochi immaginavano che i batteri potessero essere in grado di alimentare un dispositivo elettronico. Risale a circa una trentina d’anni fa la scoperta che alcuni tipi di batteri potevano fungere da nanocavi elettricamente conduttivi. Proseguendo negli studi si è poi osservato che questa caratteristica avrebbe potuto essere sfruttata per realizzare colture in grado di generare energia pulita. Se ne era già reso conto da anni il microbiologo Derek Lovley che, insieme all’ingegnere Jun Yao, ha condotto presso l’università del Massachusetts uno studio sul tema, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature Communications. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno messo a punto un metodo semplice ed efficace per individuare i batteri capaci di produrre quantità significative di energia elettrica. Per esempio Geobacter sulfurreducens, presente in abbondanza nelle acque del fiume Potomac, in Virginia, è particolarmente adatto a essere usato per realizzare filamenti in grado di fungere da conduttori elettrici.

I biofilm generatori di energia

I ricercatori coinvolti nello studio citato sopra hanno dimostrato che è possibile progettare e realizzare biofilm microbici densi di filamenti proteici, anche di uno spessore inferiore a 10 micron, ossia più sottili di un centesimo di millimetro. Questa struttura batterica assorbe il vapore acqueo dall’atmosfera e genera corrente elettrica. I risultati degli esperimenti hanno permesso di stabilire che è possibile ottenere elettricità in qualsiasi ambiente in cui sia presente una struttura microbica similare ai biofilm proteici.

I ricercatori hanno anche verificato che l’energia viene prodotta senza interruzioni, e in quantità superiore a quella che è possibile ottenere con altri materiali già realizzati appositamente in laboratorio. I microrganismi elettroattivi sono disponibili in abbondanza in natura, quindi il loro utilizzo anche su larga scala non comporterebbe particolari impatti ambientali. Nella sperimentazione sono stati impiegati batteri Geobacter sulfurreducens geneticamente modificati per potenziare la conduttività elettrica che già possedevano, seppure in misura inferiore. Insomma, una raffica di buone notizie che alimenta speranze fondate.

Dagli usi attuali alle potenzialità future

Per attivare un piccolo generatore di energia elettrica a batteri bastano alcuni elettrodi e un substrato di vetro, il resto sembra avvenire da sé. Il biofilm assorbe il vapore acqueo e, grazie a una combinazione di fenomeni chimico-fisici, dà origine a un gradiente di tensione. Il tutto funziona anche con bassi livelli di umidità, non inquina e produce energia rinnovabile. La piccola quantità di acqua necessaria ad attivare il processo non va perduta. L’insieme di questi elementi suggerisce che sia possibile sfruttare i biofilm batterici per la produzione di energia in ambienti acquatici, ma non solo.

Per ora le sperimentazioni si sono concentrate su dispositivi di dimensioni estremamente ridotte, come quelli indossabili usati per la rilevazione dei parametri corporei (braccialetti che monitorano il battito cardiaco, contapassi, misuratori di pressione, per esempio). Una volta messo a punto l’utilizzo dei batteri per far funzionare questi strumenti, il passo per giungere ad alimentare con lo stesso sistema circuiti di microelettronica potrebbe essere breve. Potrebbero seguire dispositivi come smartphone, tablet o computer.

Considerando che la sperimentazione ha evidenziato ottimi risultati anche al di fuori degli ambienti acquatici, è possibile pensare di stimolare la produzione di energia da parte di batteri in contesti diversi. Un caso di studio interessante è la pelle umana, che per propria natura traspira e perde umidità in una quantità che potrebbe essere sufficiente ad attivare questi processi. Potrebbe dunque non essere assurdo pensare che un sistema di questo tipo, non solo bio-ispirato ma anche bio-costituito, potrebbe essere usato per ricaricare orologi da polso e smartphone con una soluzione “verde”. I più ottimisti si spingono a immaginare che i batteri potrebbero essere usati per produrre fino al 70 per cento dell’intero fabbisogno energetico dell’elettronica di consumo. Il traguardo ambizioso è teoricamente realizzabile.