Электричество из метана без обычной электростанции, учёные раскрыли секрет необычных микробов

Микроорганизмы, потребляющие метан, способны передавать электроны на электрод через собственные проводящие нанонити. Механизм подтвердили исследователи Университета Радбауда и их коллеги, опубликовавшие результаты в Nature Communications. Открытие объясняет, как определённые археи взаимодействуют с электрическими системами, и создаёт научную основу для будущих технологий получения энергии из метана.

Речь не идёт о готовом генераторе, способном заменить электростанцию. Пока учёным удалось экспериментально подтвердить принцип работы микроскопической системы.

Как живые организмы передают электрический ток

Объектами исследования стали анаэробные метанотрофные археи, известные под сокращением ANME. Эти одноклеточные организмы способны использовать метан в условиях отсутствия кислорода.

Для осуществления обмена веществ им необходимо избавляться от электронов, возникающих в ходе химических реакций. В лабораторных условиях подходящим получателем электронов может служить электрод.

Ранее специалисты установили, что подобные микроорганизмы способны участвовать в образовании электрического тока. Однако оставалось неясным, каким способом происходит непосредственная передача заряда.

Теперь исследователи обнаружили проводящие белковые структуры нанометрового масштаба. Они выполняют роль своеобразных электрических соединений между клетками и окружающей средой.

Почему на электроде микробы растут быстрее

Одним из результатов эксперимента стало существенное ускорение размножения архей. В естественных условиях деление этих микроорганизмов может происходить примерно раз в месяц.

В лаборатории при выращивании на электродах исследователи наблюдали деление приблизительно каждые пять дней.

При этом учёным удалось создать микробное сообщество, в котором около 95% составляли исследуемые ANME. Такая степень обогащения культуры позволяет гораздо точнее изучать свойства организмов, которые в природе обычно существуют в сложных сообществах.

Для микробиологии это самостоятельный результат: ускоренное выращивание делает экспериментальную работу с медленно развивающимися археями значительно удобнее.

Можно ли получать энергию из метана с помощью бактерий

Метан представляет интерес одновременно для энергетики и климатических исследований. Это горючий газ и мощный парниковый компонент атмосферы.

Если удастся разработать эффективные системы, в которых микроорганизмы используют метан и передают полученные электроны на электроды, появится возможность создавать новые способы преобразования химической энергии.

В перспективе полученный ток рассматривается в том числе для участия в процессах производства водорода.

Однако нынешняя установка выдаёт лишь небольшое количество электричества. Кроме того, выращивание архей требует специальных условий и дополнительных затрат.

Руководитель исследований Корнелия Велте оценивает возможное практическое применение такой технологии как долгосрочную перспективу, на которую могут потребоваться десятилетия.

Почему открытие важно уже сейчас

Главная ценность исследования заключается не в обещании дешёвого электричества, а в раскрытии механизма, который раньше оставался недостаточно изученным.

Теперь специалисты получили возможность исследовать устройство проводящих нанонитей, эффективность переноса электронов и условия ускоренного роста архей.

Если дальнейшие эксперименты помогут сделать процесс устойчивым и экономически оправданным, биологическое преобразование метана может стать отдельным направлением энергетических технологий.

Таким образом, необычные микроорганизмы уже продемонстрировали способность работать как природные переносчики электрического заряда. Но путь от лабораторного открытия до промышленной установки ещё предстоит пройти.