Вече се произвежда електричество с хартия и ензими

Миниатюрните батерии са сложни, скъпи и неекологични за събиране и рециклиране. Вече има тънки, леки и гъвкави хартиени биогоривни клетки, които са биоразградими, екологични и икономически изгодни. Технологията е разработена в Университета в Гренобъл, Франция.

Хартиени биогоривни клетки използват ензими за преобразуване на глюкозата и кислорода в електричество, осигурявайки органично и компостируемо енергийно решение. Те са органични, икономични, ефективни, без метал, безопасни и устойчиви.

Технологията беше финалист на симпозиума за научни предприятия на срещата на върха за наука в Берлин Falling walls 2022 и предизвика голям интерес, а само месец преди това спечели наградата Good4Nature на Summit of Minds на Monthly barometer.

• Лектори от 86 държави пристигнаха в Берлин за срещата на върха за наука "Падащи стени"

Д-р Джулс Хамънд е изпълнителен директор и съосновател на научния старт ъп BeFC към Университета в Гренобъл, която заменя конвенционалните миниатюрни батерии с нова технология – екологично и устойчиво енергийно решение на базата на биоензимите.

Д-р Джулс Хамънд: За разлика от батериите, които съхраняват енергия чрез реактивни метали, ние използва ензими за преобразуване на биогорива като глюкоза и кислород в електричество.

Аз съм част от изследователска група, която търси начини да събира енергията от глюкозата и кислорода в кръвта, за да захранва с нея пейсмейкъри и инсулинови помпи в тялото.

Ние сме световният лидер в имплантируеми биогоривни клетки, които събират кислород и глюкоза от кръвния поток и ги превръщат в електричество с помощта на ензими. Идеята е, че можете да вземете енергията, съхранявана в тези биогорива и да захраните с нея устройства като пейсмейкъри, или инсулинови помпи, не е необходимо да имате батерии за тях в тялото си. Хората, които с инсталиран пейсмейкър трябва да сменят батерията на всеки три, пет, седем години, а сърдечната операцията е сложна, има риск от инфекции, докато при биогоривните клетки, винаги имате тази енергия, тя тече през тялото ви, разпространява се в него чрез кръвта ви. Това е естествен начин за превръщане на биогорива в електричество.

На какъв етап са изследванията, хората вече могат ли да ги слагат в телата си?

В настоящия момент все още не, но нашата изследователска група беше първата в света, която имплантира биогоривни клетки, не в човек, направихме го с мишки и плъхове. Установихме че технологията работи, ключовото нещо е да използвате ензимите, за да преобразувате биогоривните клетки.

Кога ще започнете клинични изпитвания с хора?

„Клиничните изпитвания с хора планираме след 10 или 20 години.“

Защо трябва да чакаме токова дълго?

По много причини, някои са етични, но най-вече поради сложността и сериозността на материята, защото усложненията, при провал, биха били много големи.

Нашата изследователска група разработва някои модели за защита на тази технология и решихме да се отклоним от имплантируемите. Решихме първо да демонстрираме нашата технология извън тялото – първо създадохме дигитални тестове за бременност и за овулация.

Познавате обичайните тестове с екран, на който виждате резултата, но при нас цифровият отговор не показва само дали сте бременна или не сте, но показва и откога сте бременна, т.е. в коя седмица сте.

За някои жени и за специфични медицински изследвания това е много важно, не само, за да знаете дали можете да направите аборт например, но и заради медицински състояния, при които е важно да се знае колко висока е концентрацията на даден биомаркер, така че решихме да заменим алкалните и литиевите батерии в тези дигитални тестове с нашата технология с хартиени биогоривни клетки. Когато изхвърлите използвания тест, вие не въздействате върху околната среда, защото източникът на енергия е органичен, има хартиена основа, не съдържа метал, и е компостируем.

И стигаме до това, което представихте тук на Falling Walls и което виждам в ръката ви. То е квадратно, около 3 см на 4 см, плоско, от хартия, в него има някакви малки точици. Какво е това?

• Над 400 учени представиха последните си научни пробиви в Берлин

Това същото нещо ли е, което ще използвате след десет – 20 години в човешки тела?

Да, но ще бъде с миниатюрни размери. Това, което виждате, е хартия с размерите на пощенска марка, материалите са органични, в него няма нито пластмаса, нито метал, нашата технология е биосъвместима.

Това всъщност е батерия, но без пластмаса или метал. Какво съдържа?

Съдържа само въглерод и целулоза.

Имаме малки въглеродни електроди, към тях прикрепяме ензими, за което  използваме целулоза, в случая хартия, за да капсулираме, да интегрираме въглеродните електроди в нея.

Органичните ензими са изградени от въглерод, водород, кислород, те се синтезират в огромен промишлен мащаб – виждаме ензими в перилните препарати, знаем за ензимите в процесите на готвене и за ензимите в напитките.

Ние използваме тези ниско въглеродни интензивни техники, за да произвеждаме същите ензими тук в нашите устройства, след това съхраняваме глюкозата и захарта вътре в хартията, като импрегнираме хартията с глюкоза.

Единственото нещо, което нашите клетки с биогорива правят, е да събират кислород от въздуха. Все пак в повечето среди има въздух, тази технология не би работила в космоса, например.

Ясно е как ще се използва и колко ще е полезна тази технология след 10-20 години, но какви са приложенията й в наши дни?

Има приложения и сега. Споменах за първата концепция, за дигиталните медицински тестове – за бременност и за овулация, но вече виждаме много повече възможности,

Например използват се, когато искате да имате дистанционен сензор, който да съхранява данни локално и след това да ги изпраща безжично към облак или по интернет, има приложение и в логистиката, за да бъде възможно наблюдаването на движението на активите в дадена дистрибуторска верига.

Освен това има приложение и в индустрия 4.0 за проследимост или прозрачност. В Индустрия 4.0 се използва за разбирането на запасите във веригите за доставки или в хранително-вкусовата промишленост, където искате да гарантирате определено качество в различни моменти от производствения процес. Това са примери на smart индустрия – да се получават и предоставят повече данни, или да имаме представа за слабите места във веригата за доставки или пък да разбираме къде са проблемите с качеството по време на обработката, има и много други приложения, особено в здравните и медицинските грижи.

Една област, в която работим с наши партньори, е интелигентната грижа за рани.

Има хора с остри или с хронични рани, например хронични рани имат диабетиците, те често имат проблеми със зарастването на тези рани.

С нашата технология захранвате цифров сензор, който следи раната и сте сигурни, че сменяте превръзката на раната в точното време, защото ако смените превръзката твърде рано, може да увредите раната допълнително, а ако смените превръзката твърде късно, разбира се, в раната може да пораснат бактерии, което да доведе до усложнени инфекции, Това е пример за захранване на цифрови сензори, за постоянно получаване на информация.

Тази технология няма недостатъците от изхвърлянето на батерии като отпадъци, всичко в нея е разградимо.

Д-р Джулс Хамънд е изпълнителен директор и съосновател на научния старт ъп 

Той е с бакалавърска и магистърска степен по електронно инженерство, докторат по нанопроизведени биосензори от Университета на Бат, Обединеното кралство. Присъединява се към групата за разработване на биоензимни клетки на Serge Cosnier Serge - изследователски директор в CNRS в катедрата по молекулярна химия в университета в Гренобъл, Франция. Там е създадено и научното предприятие BeFC, фокусирано върху разработването на екологични и устойчиви енергийно решение за електрониката.