Alcuni batteri sanno come trasformare l’aria in energia elettrica

Produrre elettricità dal nulla, o meglio, direttamente dall’aria che respiriamo, può sembrare solo fantascienza. Eppure alcuni batteri che vivono nel suolo sanno in che modo utilizzare l’idrogeno atmosferico come fonte di energia. Lo ha capito un team di ricerca australiano che ha appena scoperto il meccanismo con cui questi microrganismi convertono l’idrogeno gassoso in una corrente elettrica. In un recente lavoro pubblicato su Nature, il gruppo di ricerca guidato dal dottor Rhys Grinter, dalla studentessa di dottorato Ashleigh Kropp e dal professor Chris Greening del Monash University Biomedicine Discovery Institute di Melbourne, in Australia, ha infatti individuato l’enzima responsabile di tale trasformazione nel Mycobacterium smegmatis, una specie batterica non patogena che, quando non c’è altro cibo disponibile, utilizza un’idrogenasi, chiamata Huc, per consumare l’idrogeno gassoso come fonte di energia.

Un precedente studio dello stesso team ha indicato che molti batteri ricorrono all’idrogeno atmosferico come fonte di energia in ambienti poveri di nutrienti. “Da tempo sapevano che i batteri possono utilizzare le tracce di idrogeno nell’aria come fonte di energia per crescere e sopravvivere, anche nei suoli antartici, nei crateri vulcanici e nelle profondità dell’oceano – precisa il professor Greening – . Non sapevamo però come riuscivano a farlo, almeno finora”.

Un enzima può trasformare l'aria in energia elettrica

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno determinato la struttura dell’enzima Huc, studiandone il meccanismo e dimostrando che è straordinariamente efficiente. “A differenza di tutti gli altri enzimi e catalizzatori chimici conosciuti, consuma persino idrogeno al di sotto dei livelli atmosferici, appena lo 0,00005% dell’aria che respiriamo” osserva il dottor Grinter che, ricorrendo alla microscopia avanzata (crio-EM), insieme ai colleghi ha determinato la struttura atomica e i percorsi elettrici dell’idrogenasi, ottenendo la struttura enzimatica più completa mai ottenuta con questo metodo fino ad oggi. I ricercatori hanno anche utilizzato una tecnica chiamata elettrochimica per dimostrare che l’enzima purificato crea elettricità a minime concentrazioni di idrogeno.

Le indagini di laboratorio hanno inoltre indicato che l’enzima purificato può essere conservato per lunghi periodi in diverse condizioni. “È sorprendentemente stabile – ha evidenziato Kropp – . È possibile congelarlo o riscaldarlo a 80 gradi centigradi senza che perda la capacità di generare energia. Ciò riflette il ruolo di questo enzima nell’aiutare i batteri a sopravvivere negli ambienti più estremi”.

La scoperta apre la strada alla creazione di dispositivi che producono energia letteralmente dal nulla. “L’enzima Huc – osservano gli studiosi – è una “batteria naturale” che produce una corrente elettrica impiegando l’aria o l’idrogeno aggiunto. Mentre questa ricerca è in una fase iniziale, la scoperta di Huc ha un notevole potenziale per sviluppare piccoli dispositivi alimentati ad aria, ad esempio come alternativa ai dispositivi ad energia solare”.

I batteri che possiedono enzimi come Huc sono comuni e possono essere coltivati in grandi quantità, il che significa che potremmo avere accesso a una fonte sostenibile dell’enzima. Secondo il dottor Grinter un obiettivo chiave per il lavoro futuro sarà favorire la sintesi di Huc. “Una volta prodotto in quantità sufficienti – ha concluso l’esperto –  il cielo sarà praticamente il limite per il suo utilizzo nella produzione di energia pulita”.