Wissenschaftler haben ein Enzym entdeckt, das Luft in Strom umwandelt

Australische Forscher haben ein Enzym entdeckt, das Luft in Energie umwandeln kann.

Australische Forscher haben ein Enzym entdeckt, das Luft in Energie umwandeln kann. Die Studie wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht Natur, zeigt, dass das Enzym kleine Mengen Wasserstoff in der Luft verwendet, um elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für die Entwicklung von Geräten, die Strom buchstäblich aus dem Nichts erzeugen können.

Die Entdeckung wurde von einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Reese Grinter, Ashley Krupp, Ph.D. Student und Professor Chris Greening vom Biomedical Discovery Institute der Monash University in Melbourne, Australien. Das Team produzierte und untersuchte ein wasserstoffverbrauchendes Enzym aus Bakterien, die häufig im Boden vorkommen.

Jüngste Arbeiten des Teams zeigten, dass viele Bakterien in nährstoffarmen Umgebungen Wasserstoff aus der Atmosphäre als Energiequelle nutzen. Professor Greening sagte: „Wir wissen seit einiger Zeit, dass Bakterien Spuren von Wasserstoff in der Luft als Energiequelle nutzen können, um ihnen zu helfen, zu wachsen und zu überleben, einschließlich in antarktischen Böden, Vulkankratern und den Tiefen des Ozeans.“ „Aber wir wussten bis jetzt nicht, wie sie das gemacht haben.“

In diesem Natur Mit dem Papier extrahierten die Forscher das für die Nutzung von atmosphärischem Wasserstoff verantwortliche Enzym aus einem so genannten Bakterium Mycobacterium-Abstrich. Sie zeigten, dass dieses Enzym namens Huc Wasserstoffgas in elektrischen Strom umwandelt.

Dr. Grinter merkt an, dass „Huc außerordentlich effizient ist. Im Gegensatz zu allen anderen bekannten chemischen Enzymen und Katalysatoren verbraucht es sogar Wasserstoff unterhalb des atmosphärischen Niveaus – weniger als 0,00005 % der Luft, die wir atmen.“

Die Forscher verwendeten mehrere hochmoderne Methoden, um den molekularen Bauplan für die atmosphärische Wasserstoffoxidation aufzudecken. Sie haben fortschrittliche Kryo-EM-Mikroskopie (Kryo-EM) verwendet, um ihre atomare Struktur und ihre elektrischen Wege zu bestimmen, und haben Grenzen verschoben, um die bisher mit dieser Methode am besten aufgelöste Enzymstruktur zu erzeugen. Sie verwendeten auch eine Technik namens Elektrochemie, um zu zeigen, dass das gereinigte Enzym bei genau den Wasserstoffkonzentrationen Strom erzeugt.

Laborarbeiten von Frau Krupp zeigen, dass es möglich ist, gereinigtes Huc über lange Zeiträume zu lagern.

Es ist erstaunlich stabil. Das Enzym kann eingefroren oder auf 80 Grad erhitzt werden[{“ attribute=““>Celsius, and it retains its power to generate energy,” Ms. Kropp said. “This reflects that this enzyme helps bacteria to survive in the most extreme environments.”

Huc is a “natural battery” that produces a sustained electrical current from air or added hydrogen. While this research is at an early stage, the discovery of Huc has considerable potential to develop small air-powered devices, for example as an alternative to solar-powered devices.

The bacteria that produce enzymes like Huc are common and can be grown in large quantities, meaning we have access to a sustainable source of the enzyme. Dr. Grinter says that a key objective for future work is to scale up Huc production. “Once we produce Huc in sufficient quantities, the sky is quite literally the limit for using it to produce clean energy.”

Reference: “Structural basis for bacterial energy extraction from atmospheric hydrogen” by Rhys Grinter, Ashleigh Kropp, Hari Venugopal, Moritz Senger, Jack Badley, Princess R. Cabotaje, Ruyu Jia, Zehui Duan, Ping Huang, Sven T. Stripp, Christopher K. Barlow, Matthew Belousoff, Hannah S. Shafaat, Gregory M. Cook, Ralf B. Schittenhelm, Kylie A. Vincent, Syma Khalid, Gustav Berggren and Chris Greening, 8 March 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05781-7