В культовом фильме «Матрица» люди служат буквальным и метафорическим источником энергии для искусственного интеллекта, обеспечивая биoэлектричество для машин. К счастью, в реальности для питания современных устройств не требуется использовать человеческую биохимию — достаточно сахара и витаминов.

Прорыв в биотопливных элементах

Недавно в журнале American Chemical Society Energy Letters была опубликована статья, в которой ведущий автор Чонг-Хва Шон и его коллеги из Тихоокеанской северо-западной и Аргоннской национальных лабораторий представили инновационный подход к созданию биотопливного проточного элемента. В их разработке глюкоза и рибофлавин (витамин B2) используются для генерации энергии по принципу, схожему с работой человеческой клетки. Вместо дорогих и экологически вредных катализаторов из благородных металлов, таких как золото и платина, учёные применили доступный и безопасный рибофлавин.

Экономичность и экологичность

Сравнение стоимости килограмма глюкозного порошка (около 20 долларов США) и килограмма платины (примерно 52 000 долларов) наглядно демонстрирует экономическую выгоду нового метода. Такой подход не требует добычи редких металлов или сложной логистики, что делает его экологически чистым и доступным. Хотя в этих батарейках нет золота, их преимущества для экономики и окружающей среды весьма значительны.

Другие достижения в области «зелёной» энергии

Ранее уже сообщалось о других инновациях в хранении возобновляемой энергии. Например, в лаборатории Беркли удалось заставить бактерии производить биотопливо с энергетической плотностью, значительно превышающей авиационный керосин. В Университете Жозефа Фурье (Гренобль, Франция) была создана глюкозная биотопливная ячейка, способная питать искусственные органы и избавляющая от необходимости использовать неудобные и негигиеничные внешние батареи.

Преимущества глюкозы и рибофлавина

Глюкоза уже зарекомендовала себя как эффективное биотопливо благодаря способности генерировать электричество при низких температурах, доступности, низкой стоимости хранения и возможности выработки энергии по требованию. Рибофлавин, в свою очередь, является ключевым кофактором ферментов во многих метаболических реакциях. Новая батарея команды Шона значительно мощнее предыдущих аналогов, которые сталкивались с проблемой дорогих и вредных для экологии катализаторов.

Рекордная мощность и потенциал для промышленности

В щелочной среде и при использовании кислородного электрода новый проточный элемент достигает пиковой плотности мощности 13 мВт/см². Это в 20 раз превышает показатели предыдущих аналогичных устройств при комнатной температуре и атмосферном давлении. Для мира, стремящегося к переходу на возобновляемые источники энергии, такие батареи, основанные на обильных природных материалах, — важный шаг вперёд.

Как работает новая батарея?

Человеческие и животные клетки используют ферменты для ускорения химических реакций и снижения энергии активации. В биотопливном элементе рибофлавин выступает медиатором, перенося электроны между электродами и глюкозным электролитом, создавая электрохимический поток из энергии сахара. Поскольку глюкоза легко производится природой в виде растений, отпадает необходимость в добыче и транспортировке металлов с другого конца планеты.

Перспективы и применение

Вместо сложных и затратных процессов можно просто получить необходимые материалы на ферме для создания новых глюкозно-рибофлавиновых биотопливных элементов. Благодаря тому, что рибофлавин стабилен при щелочном pH, необходимом для электролитов в таких батареях, их мощность в 20 раз выше предыдущих версий. Это открывает большие перспективы для использования в энергоёмких промышленных приложениях.

Будущее энергетики

В ближайшем будущем, когда ваши электроприборы начнут «голодать» по энергии, не стоит беспокоиться о расходах. Просто обеспечьте их электронами из сахарно-витаминных B2-батареек и подключайте столько телевизоров, компьютеров, холодильников и зарядных устройств, сколько потребуется. Биосфера скажет вам спасибо.