Una batteria che va alimentata anziché caricata? È esattamente ciò che i ricercatori di Empa, i Laboratori Federali Svizzeri per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, hanno realizzato con la loro batteria fungina biodegradabile stampata in 3D. Questa batteria vivente potrebbe fornire energia a sensori utilizzati in agricoltura o in ricerche in aree remote. Una volta terminato il suo lavoro, la batteria si autodigerisce dall’interno.
La generazione di elettricità tra le incredibili capacità dei funghi
I funghi sono una fonte inesauribile di sorprese. Più strettamente imparentati con gli animali, che con le piante, da sempre si distinguono per varietà e proprietà, talvolta estremamente preziose, come quelle mediche. Basti pensare alla Penicillina. Ora, a queste capacità se ne aggiunge una nuova, generare elettricità.
Nell’ambito di un progetto di ricerca triennale, sostenuto dalla Gebert Rüf Stiftung attraverso il programma di finanziamento Microbials, il laboratorio di Materiali a base di Cellulosa e Legno dell’ Empa, l’Ente Federale Svizzero per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, ha sviluppato una batteria fungina funzionante. Sebbene le cellule viventi non producano una grande quantità di elettricità, è sufficiente, per esempio, per alimentare un sensore di temperatura per diversi giorni. Sensori di questo tipo sono comunemente utilizzati in agricoltura o nella ricerca ambientale.
Una batteria biodegradabile e non tossica
Il più grande vantaggio della batteria fungina è che, a differenza delle batterie convenzionali, è completamente non tossica e biodegradabile. Tecnicamente, non si tratta di una batteria intesa nel senso tradizionale, bensì di una cella a combustibile microbico. Come tutti gli organismi viventi, i microrganismi convertono i nutrienti in energia. Le celle a combustibile microbico sfruttano questo metabolismo catturando una parte dell’energia sotto forma di elettricità. Fino ad oggi, queste celle erano alimentate principalmente da batteri.
“Per la prima volta, abbiamo combinato due tipi di funghi per creare una cella a combustibile funzionante,” spiega Carolina Reyes, ricercatrice di Empa.
Il metabolismo delle due specie di funghi si integra perfettamente: sull’anodo agisce un lievito il cui metabolismo rilascia elettroni, mentre il catodo è colonizzato da un fungo a marciume bianco che produce un enzima speciale in grado di catturare e condurre gli elettroni fuori dalla cella.
Una batteria che nasce con i funghi
I funghi non vengono semplicemente “piantati” nella batteria, ma sono parte integrante della cella fin dall’inizio. I componenti della batteria fungina sono realizzati utilizzando la stampa 3D, che consente di strutturare gli elettrodi in modo che i microrganismi possano accedere facilmente ai nutrienti. I funghi vengono mescolati all’inchiostro utilizzato per la stampa.
Non è stato un compito semplice:
“Trovare un materiale in cui i funghi possano crescere bene è già una sfida,” spiega Gustav Nyström, responsabile del laboratorio di Materiali a base di Cellulosa e Legno. “Ma l’inchiostro deve anche essere facilmente estrudibile senza uccidere le cellule, oltre a essere conduttivo ed ecocompatibile“.
Grazie all’esperienza del laboratorio nella stampa 3D di materiali bio-based morbidi, i ricercatori hanno creato un inchiostro adatto a base di cellulosa. Questa non solo supporta la crescita dei funghi, ma funge anche da nutriente, contribuendo a degradare la batteria dopo l’uso. Per attivare la batteria è sufficiente aggiungere acqua e zuccheri, nutrienti preferiti dai funghi.
“Le batterie fungine possono essere conservate in uno stato essiccato e riattivate sul posto semplicemente aggiungendo acqua e nutrienti,” ha affermato Reyes.
