Met een beetje hulp van bacteriën laad je je smartwatch straks gewoon op aan de binnen- of buitenlucht.

Dat opmerkelijke toekomstscenario ontvouwt zich als je je verdiept in het paper dat onlangs verschenen is in het blad Nature. In het artikel vertellen onderzoekers dat ze een manier hebben gevonden om elektriciteit te genereren met behulp van vocht dat gewoon in de lucht zit. Het is een compleet nieuwe technologie die tal van implicaties heeft en mede mogelijk wordt gemaakt door de wel heel bijzondere bacterie Geobacter. Het micro-organisme maakt van nature geleidende nanodraden die de onderzoekers gebruiken om schijnbaar uit het niets elektriciteit te genereren.

Over Geobacter
Het was Lovley zelf die de Geobacter-microbe meer dan dertig jaar geleden ontdekte in de modder van de Potomac-rivier. En inmiddels weten we dat de bacterie allesbehalve zeldzaam is. “Geobacter is een veelvoorkomende bewoner van grond en sedimenten,” aldus Lovley. “De bacterie is – net als veel andere bacteriën – staafvormig, maar produceert elektrisch geladen eiwit-nanodraden.” Die nanodraden stellen de bacterie in staat om op een unieke manier contact te maken met de omgeving. En onderzoekers zien dus ook wel andere mogelijkheden voor die nanodraden…

Hoe werkt het?
Allereerst worden de nanodraden die Geobacter maakt, van de bacterie afgenomen. “Er zijn dus verder geen bacteriële cellen bij betrokken,” vertelt onderzoeker Derek Lovley aan Scientias.nl. Heel veel van die nanodraden worden vervolgens als een ultradun laagje materiaal op een elektrode gelegd. “En een kleinere elektrode wordt op de nanodraden geplaatst. De nanodraden absorberen vervolgens vocht dat in de lucht zit (en van nature een lading heeft, red.). De bovenzijde van het laagje nanodraden wordt daarbij natter dan de onderzijde, waardoor sprake is van een laadverloop in het laagje nanodraden en dus een verschil in voltage tussen de twee elektroden. Voortdurende blootstelling aan de lucht is nodig om stroom te genereren.”


Opschalen
De onderzoekers hebben hun bijzondere generator de naam Air-gen gegeven. Voor nu is het slechts een kleine generator die ook heel bescheiden hoeveelheden elektriciteit kan leveren. “De generator kan slechts kleine elektronische apparaten aandrijven,” vertelt Lovley. “Dat de generator zo klein is, heeft te maken met onze beperkte voorraad aan nanodraden. Het is lastig om grote hoeveelheden Geobacter op te kweken.” Gelukkig hebben Lovley en collega’s daar iets op bedacht. “We hebben dit probleem recent opgelost door een E. coli-stam (een bacterie die zich wel gemakkelijk laat kweken, red.) genetisch zo aan te passen dat deze nanodraden genereert. Nu we meer nanodraden hebben, kunnen we de apparaten groter maken en dus ook meer stroom genereren.”

In de woestijn
Naast voldoende nanodraden heeft de generator dus ook vocht nodig. Maar niet zo heel veel, zo benadrukt Lovley. Hierdoor werkt deze ook gewoon binnenshuis en zelfs in de woestijn. “De luchtvochtigheid is binnen en zelfs in de woestijn groot genoeg om de generator te laten werken.”

De mogelijkheden voor Air-gen zijn eindeloos. Zo zien onderzoekers het als een prima oplossing voor het opladen van kleine elektronische apparaten, zoals bijvoorbeeld een smartwatch. Ze denken bijvoorbeeld al aan het ontwikkelen van een Air-gen-sticker die je gewoon op het apparaat kan plakken en het apparaat vervolgens voortdurend van energie voorziet. Maar ook het opschalen van de technologie biedt mogelijkheden. “Het ultieme doel is om grootschalige systemen te maken,” vertelt onderzoeker Jun Yao. “Zo kan de technologie bijvoorbeeld verwerkt worden in muurverf die je huis van energie voorziet. Of we ontwikkelen op zichzelf staande door de lucht aangedreven generatoren die off-the-grid elektriciteit kunnen leveren. Zodra we de draden op industriële schaal kunnen maken, verwacht ik absoluut dat we grote systemen kunnen bouwen die een enorme bijdrage leveren aan de duurzame energieproductie.”