električnu energiju

Molekule vode (H2O) savršene su veličine i oblika za prolazak kroz pore novih MOF-mreža. To im omogućuje da se upiju u materijal. Također imaju jednu drugu osobinu koja je jednako važna, a to je da njihov unutarnji raspored električnih naboja privlači vodu. Molekula vode je donekle u obliku slova V. Negativno nabijeni atom kisika “sjedi” na dnu tog “V”, objašnjava Xia. Na vrhovima V-a sjede dva pozitivno nabijena atoma vodika. Ali nisu sve MOF-mreže za prikupljanje vode podjednako korisne. Neke previše dobro privlače na sebe molekule vode pa je poslije potrebno puno energije kako bi se oslobodila ta sakupljena voda. Xia je smislio rješenje: pronaći MOF-mrežu koja ne prianja uz molekule vode toliko čvrsto. On i njegovi suradnici istražili su devet različitih MOF-mreža koje mogu prikupiti vodu. Neke od njih sadržavale su cink, a ostale su bile izrađene od titana, bakra, kroma ili cirkonija. U laboratorij su smjestili uzorke svake od njih u okruženje vlažne, sobne temperature tijekom čitavog dana. Zatim su zagrijavali materijal na suhom zraku, kako bi otpustio sakupljenu vodu. Taj su postupak ponovili desetak puta. Neke MOF-mreže nisu povukle puno vode. Druge su u početku skupljale puno vode, ali poslije bi oslobodile samo njen mali dio. U kasnijim ciklusima materijal je također mogao Znanstvenici su otkrili kako mogu 3D otisnuti bakterije na zakrivljeni klobuk gljiva Neke bakterije imaju superiorne sposobnosti koje bi znanstvenici voljeli iskoristiti. Ti mikroorganizmi hvataju energiju iz svjetlosti, baš kao što to čine i biljke. Znanstvenici su htjeli potaknuti ove bakterije da proizvode električnu energiju, ali u prvim istraživanjima one nisu dugo mogle preživjeti na umjetnim površinama. Potom su ih energiju. apsorbirati mnogo manje vode nego što je to bio slučaj u početku. Xia kaže kako je to znak da takvi materijali malo previše dobro vuku vodu na sebe. Jedna MOF-mreža bazirana na cirkoniju pokazala je dobre rezultate. Ispitni uzorci uvijek su bili mali, ali da je težina tog uzorka MOF--mreže bila 1 kilogram, materijal bi apsorbirao i nakon toga otpustio više od 8 litara vode svaki dan. To je više od bilo kojeg prethodnog sustava prikupljanja vode koji se temelji na MOF-mrežama. Omar Yaghi, znanstvenik materijala sa Sveučilišta Kalifornija u Berkeleyu kaže da postoji velika razlika između laboratorijskih testova i terenskih studija te da izazov nije samo uzimati vodu iz vlažnog zraka, već to činiti i pri niskoj vlažnosti. Skupljanje vodene pare iz zraka s razinom vlage manjom od 50 posto vrlo je izazovno. No, u novijim terenskim ispitivanjima neke MOFmreže pokazale su izvrsne rezultate u sakupljanju vode, čak i u okolišima poput pustinje. Kilogram MOF-mreže na bazi aluminija, izložene vanjskom zraku u kojem je vlaga bila oko 10 posto je, čak i u tim vrlo sušnim uvjetima, uspio prikupiti 0,7 litara vode iz zraka.

Izvor: www.sciencenewsforstudents.org Snježana Krčmar

Bionička gljiva koja stvara električnu energiju

premjestili na živu površinu ‒ gljivu. Njihova je kreacija ‒ prva gljiva koja proizvodi električnu

NOVE TEHNOLOGIJE

Sudeep Joshi bavi se primijenjenom fizikom na Tehnološkom institutu Stevens u Hobokenu, New Jersey. On i njegovi kolege pretvorili su tu gljivu ‒ gljivicu ‒ u minienergetsku farmu. Ova bionička gljiva kombinira trodimenzionalni tisak, vodljivu tintu i bakterije za proizvodnju električne energije. Njen dizajn mogao bi dovesti do novih načina kombiniranja prirode s elektronikom. Cijanobakterije (ponekad zvane plavozelene alge) proizvode vlastitu hranu od sunčeve svjetlosti. Kao i biljke, čine to pomoću fotosinteze ‒ procesa koji razdvaja molekule vode, oslobađajući elektrone. Bakterije ispuštaju mnoštvo

Istraživači otiskuju 3D zelenu spiralu cijanobakterija na gljivu. Mikroorganizmi ispuštaju elektrone kada su izloženi svjetlu. Ti se elektroni ulijevaju u crnu grafensku tintu kako bi proizveli električnu struju. lutajućih elektrona. Kad se dovoljno elektrona skupi na jednom mjestu, oni mogu stvoriti električnu struju. Istraživači su trebali skupiti puno tih bakterija zajedno. Odlučili su koristiti trodimenzionalni tisak kako bi ih precizno postavili na površinu. Joshijev tim odabrao je gljive za tu površinu. Napokon, shvatili su, gljive prirodno ugošćuju zajednice bakterija i drugih mikroorganizama. Pronalaženje ispitanika za njihove testove bilo je jednostavno. Joshi je jednostavno otišao do trgovine i uzeo gljive s bijelim klobucima. Otiskivanje na tim gljivama ipak se pokazalo pravim izazovom. 3D-pisači dizajnirani su za ispis na ravnim površinama, a klobuci gljiva su zakrivljeni. Istraživači su mjesecima radili na računalnom kodu koji bi riješio taj problem. Naposljetku su osmislili program za trodimenzionalno otiskivanje na zakrivljenim vrhovima gljiva. Tada je došlo vrijeme da ovo otkriće zasja. “Cijanobakterije su ovdje pravi heroji”, kaže Joshi. Kad je njegov tim osvijetlio gljive, mikroorganizmi su počeli ispuštati elektrone. Ti su se elektroni ulili u grafen i stvorili električnu struju.

Eksperimenti poput ovog nazivaju se “dokazom koncepta”. Oni potvrđuju da je ideja moguća. Istraživači su pokazali kako njihova ideja funkcionira, iako još nije spremna za praktičnu upotrebu. No, čak i ovo postignuće je zahtijevalo nekoliko pametnih inovacija. Prva je ‒ kako natjerati bakterije da prihvate ponovno iskorištavanje gljive. A druga ‒ kako ih printati na zakrivljenoj površini. Do danas je Joshijeva grupa stvorila oko 70 nanoampera struje. To je otprilike sedam milijunti dio struje potrebne za napajanje 60-vatne žarulje. Naravno, bioničke gljive neće tako brzo moći napajati naše elektronske uređaje. Ipak, Joshi smatra, rezultati pokazuju mogućnosti za kombiniranje živih bića (poput bakterija i gljiva) s neživim materijalima (kao što je grafen). Znakovito je da su istraživači nakratko uvjerili mikrobe i gljive da surađuju, kaže Marin Sawa, koja je kemijska inženjerka na Imperial College London u Engleskoj. Iako radi s cijanobakterijama, ona nije sudjelovala u novoj studiji. Istraživači su otisnuli cijanobakterije na dvije druge površine: mrtve gljive i silikon. U oba su slučaja mikrobi uginuli unutar jednog dana. Na živim gljivama preživjeli su više nego dvostruko duže. Joshi smatra da je dug život mikroba na živoj gljivi dokaz simbioze. Tada dva organizma koegzistiraju na način koji pomaže barem jednom od njih. No, Sawa kaže da bi bakterije i gljive trebale živjeti zajedno puno duže da bi se to moglo nazvati simbiozom, barem tjedan dana. Kako god to nazvali, Joshi smatra da je vrijedno truda te da se taj sustav može uvelike poboljšati. Skupljao je ideje od drugih istraživača. Neki su predložili rad s različitim gljivama, a drugi su savjetovali podešavanje gena cijanobakterija kako bi napravili više elektrona. “Priroda je neiscrpan izvor nadahnuća”, kaže Joshi. Uobičajeni dijelovi mogu zajedno raditi na postizanju iznenađujućih rezultata. Gljive i cijanobakterije rastu na mnogim mjestima, a čak je i grafen samo ugljik, napominje. “Promatrate ga, dolazite u laboratorij i započinjete eksperimente. A onda”, kaže on, “ako stvarno imate sreće, žarulja će se ugasiti.” American Chemical Society

Izvor: www.sciencenewsforstudents.org Snježana Krčmar