Эти микробы вдыхают метан и превращают его в электричество в странной живой батарее

Что касается парниковых газов, то метан - это тихий злодей, который может незаметно втянуть нас еще глубже в климатический кризис. В нашей атмосфере он по крайней мере в 25 раз эффективнее задерживает тепло, чем углекислый газ.

Он также не так эффективен - при сжигании менее половины энергии природного газа может быть преобразовано в электрическую энергию.

В попытке выжать больше электронов из каждой порции метана исследователи из Нидерландов изучили довольно нетрадиционную форму электростанции, для того чтобы увидеть которую, вам понадобится микроскоп.

"Это может быть очень полезно для энергетического сектора", - говорит микробиолог Корнелия Велте из Университета Радбоуда.

"В существующих биогазовых установках метан производится микроорганизмами и затем сжигается, что приводит в движение турбину, вырабатывающую электроэнергию. Менее половины биогаза преобразуется в электроэнергию, и это максимально достижимая мощность. Мы хотим оценить, можем ли мы добиться большего, используя микроорганизмы".

В центре их исследования находится тип архей - бактериоподобных микробов, известных своими необычными способностями выживать в необычных и суровых условиях, включая способность расщеплять метан в среде, лишенной кислорода.

Этот особый тип, известный как анаэробные метанотрофные (ANME) археи, справляется с этим метаболическим трюком путем отвода электронов в цепи электрохимических реакций, используя какой-то металл или металлоид вне своих клеток или даже отдавая их другим видам в окружающей среде.

Впервые описанный в 2006 году род ANME Methanoperedens был обнаружен окисляющим метан при небольшой помощи нитратов, что делает его своим домом во влажных болотах сельскохозяйственных водостоков Нидерландов, пропитанных удобрениями.

Попытки извлечь электроны из этого процесса в микробных топливных элементах привели к получению крошечных напряжений, без какого-либо четкого подтверждения того, какие именно процессы могут стоять за преобразованием.

Для того чтобы эти археи когда-либо проявили себя в качестве энергетических элементов, работающих на метане, им действительно необходимо вырабатывать ток четким, однозначным образом.

Что еще сложнее, Methanoperedens не является микробом, который легко поддается культивированию.

Поэтому Велте и ее коллеги собрали образец микробов, среди которых, как они знали, доминирует эта архея, питающаяся метаном, и вырастили их в среде с недостатком кислорода, где метан был единственным донором электронов.

Рядом с этой колонией они также поместили металлический анод, установленный на нулевое напряжение, создав электрохимический элемент, готовый генерировать ток.

"Мы создаем своего рода аккумулятор с двумя клеммами, где одна из них - биологическая, а другая - химическая", - говорит микробиолог Хелин Уботер, также из Университета Радбоуда.

"Мы выращиваем бактерии на одном из электродов, на который бактерии отдают электроны, полученные в результате преобразования метана".  

Проанализировав процесс преобразования метана в углекислый газ и измерив колебания тока, который достигал 274 миллиампер на квадратный сантиметр, команда пришла к выводу, что чуть более трети тока можно отнести непосредственно к расщеплению метана.

Что касается эффективности, то 31 процент энергии метана превратился в электрическую энергию, что позволяет сравнить его с некоторыми электростанциями.

Дальнейшее совершенствование процесса может привести к созданию высокоэффективных живых батарей, работающих на биогазе, что позволит извлечь больше искры из каждого кусочка газа и сократить необходимость транспортировки метана на большие расстояния. И это важно, поскольку КПД некоторых метановых электростанций едва достигает 30 процентов.

Но оптимистично то, что мы должны найти способы отучить себя от зависимости от всех видов ископаемого топлива.

Однако, если отбросить технологические приложения, то узнать больше о различных способах распада этого коварного парникового газа в окружающей среде не помешает.

Данное исследование было опубликовано в журнале Frontiers in Microbiology.