Uma equipe de engenheiros e químicos liderada pela UCLA deu um grande passo no desenvolvimento de células a combusta­vel microbianas - uma tecnologia que utiliza bactanãrias naturais para extrair elanãtrons da matéria orga¢nica em a¡guas residuais para gerar correntes elanãtricas. Um estudo detalhando a descoberta foi publicado recentemente na  Science . 

"Os sistemas vivos de recuperação de energia que utilizam bactanãrias encontradas em a¡guas residuais oferecem um golpe duplo para os esforços de sustentabilidade ambiental", disse o coautor Yu Huang, professor e chefe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia da UCLA Samueli. "As populações naturais de bactanãrias podem ajudar a descontaminar as a¡guas subterra¢neas, quebrando compostos químicos prejudiciais. Agora, nossa pesquisa também mostra uma maneira prática de aproveitar a energia renova¡vel desse processo." 

A equipe se concentrou no gaªnero de bactanãria  Shewanella , que tem sido amplamente estudado por sua capacidade de geração de energia. Eles podem crescer e prosperar em todos os tipos de ambientes - incluindo solo, a¡guas residuais e águado mar - independentemente dos na­veis de oxigaªnio.  

As espanãcies de Shewanella decompõem naturalmente os resíduos orga¢nicos em moléculas menores, sendo os elanãtrons um subproduto do processo metaba³lico. Quando as bactanãrias crescem como filmes em eletrodos, alguns dos elanãtrons podem ser capturados, formando uma canãlula a combusta­vel microbiana que produz eletricidade. 

No entanto, as células a combusta­vel microbianas alimentadas por  Shewanella oneidensis não capturavam correntes suficientes da bactanãria para tornar a tecnologia prática para uso industrial. Poucos elanãtrons poderiam se mover com rapidez suficiente para escapar das membranas das bactanãrias e entrar nos eletrodos para fornecer energia e correntes elanãtricas suficientes.

Para resolver esse problema, os pesquisadores adicionaram nanoparta­culas de prata aos eletrodos que são compostos de um tipo de a³xido de grafeno. As nanoparta­culas liberam a­ons de prata, que as bactanãrias reduzem a nanoparta­culas de prata usando elanãtrons gerados a partir de seu processo metaba³lico e, em seguida, incorporam em suas células. Uma vez dentro da bactanãria, aspartículas de prata atuam como fios microsca³picos de transmissão, capturando mais elanãtrons produzidos pela bactanãria.

"Adicionar as nanoparta­culas de prata  a s bactanãrias écomo criar uma via expressa dedicada para elanãtrons, que nos permitiu extrair mais elanãtrons e em velocidades mais rápidas", disse Xiangfeng Duan, outro autor correspondente do estudo e professor de química e bioquímica da UCLA. 

Com a eficiência de transporte de elanãtrons muito melhorada, o filme de Shewanella infundido com prata resultante emite mais de 80% dos elanãtrons metaba³licos para o circuito externo, gerando uma potaªncia de 0,66 miliwatts por centa­metro quadrado - mais do que o dobro do melhor anterior para células a combusta­vel de base microbiana.

Com o aumento da corrente e eficiências aprimoradas, o estudo, que foi apoiado pelo Office of Naval Research, mostrou que as células de combusta­vel alimentadas por bactanãrias  ha­bridas de prata- Shewanella  podem abrir caminho para uma produção de energia suficiente em ambientes práticos.

Bocheng Cao, um estudante de doutorado da UCLA orientado por Huang e Duan, éo primeiro autor do artigo. Outros autores seniores da UCLA são Gerard Wong, professor de bioengenharia; Paul Weiss, uma cadeira presidencial da UC e distinto professor de química e bioquímica, bioengenharia e ciência de materiais e engenharia; e Chong Liu, professor assistente de química e bioquímica. Kenneth Nealson, professor emanãrito de ciências da terra na USC, também éum autor saªnior.

Duan, Huang e Weiss são todos membros do California NanoSystems Institute da UCLA.