在30多年前，他們從波多馬克河的泥濘海岸上挖出了：一種奇怪的「沉積生物」，具有已知細菌前所未有的功能。
這種不尋常的微生物是地桿菌屬Geobacter genus，最初因可在無氧條件下製造磁鐵礦的能力而聞名，但隨着時間推移，科學家們發現它也可以製造其他東西，例如導電的細菌納米線。
多年以來，為了有效利用這種大自然的禮物，研究人員一直在苦苦摸索，最終搗鼓出一台被稱為Air-gen的設備。根據該團隊的說法，他們的設備可以從…中產生電能，嗯，幾乎無中生有。
馬薩諸塞州阿默斯特大學的電氣工程師Jun Yao說：「我們實際上是在憑空發電。Air-gen可以產生24/7的清潔能源。」
這種說法聽起來似乎有些誇大其詞，但Yao和團隊的一項新研究描述了這種空氣能發電機——僅需要存在空氣的環境。這全都歸功於Geobacter生產的導電蛋白質納米線。
Air-gen由僅7微米厚的蛋白質納米線薄膜組成，位於兩個電極之間，暴露在空氣中。因此納米線膜能夠吸收大氣中存在的水蒸氣，從而使該裝置能夠產生在兩個電極之間傳導的連續電流。
研究人員說，電荷可能是由水分梯度產生的，水分梯度會在納米線材料中產生質子擴散。
論文中解釋說：「這種電荷的擴散有望製造出一個平衡的電場或類似於生物系統中靜止膜電位的電位。維持水分梯度，這與以前的系統有根本不同，是我們的納米線器件的連續電壓輸出的原因。」
這個發現幾乎完全出於偶然，Yao注意到他正在試驗的設備似乎完全自發地產生電流。
「我看到，當納米線以特定方式與電極接觸時，設備會產生電流。我發現暴露於大氣濕度中是必不可少的條件，蛋白質納米線會吸附水，從而在整個器件上產生電壓梯度。」
先前的研究表明，使用其他種類的納米材料(例如石墨烯)也可進行水梯度發電，但這些嘗試在很大程度上僅產生了短暫的爆發性電流，可能僅持續幾秒鐘。
相比之下，Air-gen產生的持續電壓約為0.5伏，電流密度約為每平方厘米17微安。能量消耗不大，但研究小組表示，連接多個設備可以產生足夠的電力，可以為智能手機和其他個人電子設備等小型設備充電——幾乎沒有浪費，而且僅需要環境濕度(即使在撒哈拉沙漠這樣乾燥的地區也能滿足)。
Yao說：「最終目標是製造大型系統。」他解釋說，未來的努力方向可能是使用該技術將納米線結合到牆面塗料中來為房屋供電。「一旦我們達到線材生產的工業規模，我完全可以預期到，我們製造出大型系統，這將對可持續能源生產做出重大貢獻。」
如果說現實存在的制約，那就是微生物代謝過程中產生的納米線的數量有限。
相關研究——微生物學家Derek Lovley早在1980年代就發現了Geobacter微生物——可以解決此問題：對其他微生物(例如大腸桿菌)進行基因工程改造，獲得大量生產的性狀。
「我們把大腸桿菌變成了蛋白質納米線工廠，」 Lovley說，「通過這種新的可擴展流程，蛋白質納米線的供應將不再成為瓶頸。」
研究結果發表在《自然》上。(煎蛋，圖片來源pixabay)
