Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

New York State Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Profesörü Seokheun Choi ve çalışma arkadaşları; elektrik üretmek için bakterilerden yararlanan, kâğıt tabanlı, tek kullanımlık bir pil geliştirdi. Pilin ömrü tükenince bakteriler pili oluşturan malzemeleri tüketiyor.

Advanced Sustainable Systems dergisinde yayımlanan makalede yazarlar; lityum-iyon pillerin ve süperkapasitörlerin yüksek enerji yoğunluğu ve hafifliği sebebiyle çokça tercih edildiğini belirtti. Ancak bu ürünleri oluşturan maddelerin doğada çözünmediğini ifade eden araştırmacılar; lityum iyon pillerin üretim sürecinde de çevreye zarar verildiğinin altını çizdi. Güneş enerjisi hücreleri ve termoelektrik jeneratörlerinin de ağır metaller ve polimerler gibi doğada çözünmeyen maddelerden elde edildiğini söyleyen araştırmacılar, yenilenebilir olarak bilinen bu enerji kaynaklarının da aslında doğaya uzun vadede zarar verebileceğini ifade etti.

Kâğıt sürdürülebilir bir alternatif

Choi; günlük hayatta kullandığımız kâğıtların, gerekli mühendislik işlemleri gerçekleştirdikten sona daha sürdürülebilir bir alternatif oluşturduğunu söylüyor. Yenilikçi mühendislik teknikleri ile kâğıtların selüloz liflerinin çapı artırılabiliyor, sertliği azaltılabiliyor ve bazı uygulamalarda kullanılmak üzere şeffaflığı kontrol edilebiliyor. Kâğıtları organik, inorganik ve biyolojik maddelerle birleştirmek; mühendislik seçeneklerini artırıyor ve kağıdı yeni nesil elektronik cihazlar için kullanışlı bir platform haline getiriyor.

Laboratuvarda bakteri tabanlı piller organik maddede depolanan biyokimyasal enerjiyi biyolojik enerjiye dönüştürmek için solunumdan faydalanıyor. Bu işlemde bir dizi tepkime, elektron taşıyan biyomoleküllerden oluşan bir sistemden geçiyor. Bu sistem elektronları bir ana elektron alıcısına (anota) gönderiyor.

Kâğıt üzerinde elektron taşıyan bakteriler

Pili oluşturmak için araştırmacılar dondurularak kurutulmuş egzoelektrojenleri kâğıt üzerine yerleştirdi. Egzoelektrojenler; elektronları hücrelerinin dışında taşıyabilen bir tür bakteri olarak tanımlanıyor. Elektronlar hücre zarından geçerek dış elektrotlarla temas sağlıyor ve pile güç veriyor.

Pili çalıştırmak için araştırmacılar su ya da tükürük kullandı. Her iki madde de bakterilerin canlanmasını sağladı. Laboratuvarda bu mikrobiyal piller 4 µW/cm2 güç ve 26 µA/cm2 akım yoğunluğu üretti. Choi bu rakamların önceki kâğıt tabanlı mikrobiyal pillerden önemli ölçüde daha fazla olduğunu söylüyor. Yine de elde edilen performans oldukça düşük. Bu durum da kullanım alanlarını etkiliyor. Choi, ticari kullanım için güç ve akım yoğunluğunun 1000 kat daha fazla olması gerektiğini söylüyor.

Origami teknikleri işe yarayabilir mi?

Choi “Kâğıdı alt katman olarak kullanmanın güzelliği, seri ya da paralel bağlantılar için istediğiniz şekilde bükebiliyor olmanız” diyor. Bu konuda origami teknikleri özellikle kullanışlı olabilir.

Kâğıt pilin raf ömrü şimdilik dört ay civarında. Choi en son geliştirilen hibrit kâğıt-polimer biyo-pilin suda çözünebildiğini söylüyor. Choi; dondurularak kurutulan bakterilerin ömrünü ve performansını artırarak pilin raf ömrünü geliştirmenin yöntemleri üzerinde çalışıyor.

Kaynak: IEEE Spectrum