Alla Binghamton University, nello stato di New York, una collaborazione tra due laboratori dello stesso edificio ha portato a un’importante innovazione nel campo dell’energia sostenibile: una biobatteria ad alta resa, realizzata senza litio né materiali tossici.
Una scoperta a km zero che potrebbe cambiare l’energia
A volte, la risposta a un grande problema scientifico non si trova in un laboratorio dall’altra parte del mondo, ma semplicemente al piano di sotto. È quello che è successo alla Binghamton University, dove il professor Seokheun “Sean” Choi, impegnato da anni nello sviluppo di biobatterie alimentate da batteri, ha trovato un alleato fondamentale nel collega Dehao Liu. La loro collaborazione ha portato alla realizzazione di una biobatteria ad alta resa, che non utilizza né litio né sostanze tossiche, ma solo acciaio inox, endospore batteriche e una tecnologia di stampa 3D estremamente precisa.
Il metodo si chiama laser powder bed fusion (LPBF) e consente di stampare componenti metallici su misura, strato dopo strato. Con questo sistema, il team ha potuto progettare e realizzare anodi, catodi e coperchi pensati appositamente per massimizzare l’efficienza dei batteri e l’output elettrico, raggiungendo quasi 1 milliwatt di potenza — abbastanza per alimentare uno schermo LCD da 3,2 pollici.
Una biobatteria 3D vivente senza litio
Le biobatterie sfruttano la capacità naturale di alcuni batteri di generare elettricità. Per funzionare, hanno bisogno di tre componenti: un anodo dove vivono i batteri, un catodo e una membrana per lo scambio ionico. La vera sfida è rendere efficiente l’ambiente dove i batteri si sviluppano: “Un anodo piatto non basta,” ha spiegato Choi, “perché i nutrienti non raggiungono bene i batteri, e i loro rifiuti non possono uscire”.
Le tecniche tradizionali non sono in grado di produrre anodi tridimensionali adeguati: i materiali polimerici sono fragili, mentre le alte temperature di lavorazione possono uccidere i microrganismi. L’acciaio inox, invece, ha proprietà ideali, ma nella sua versione commerciale (come le retine metalliche) non offre il controllo necessario su porosità e geometria. Grazie alla stampa 3D LPBF, i ricercatori hanno potuto creare anodi complessi, adatti alla crescita batterica e alla produzione stabile di energia.
In più, le componenti in acciaio si sono rivelate riutilizzabili: è possibile rimuovere le colonie batteriche, sterilizzare il materiale e riutilizzarlo mantenendo pressoché invariato il livello di potenza generato.
Dalla ricerca alla tecnologia applicata
Il progetto è anche la naturale evoluzione della ricerca condotta da Anwar Elhadad, oggi assistant professor, che durante il dottorato con Choi ha studiato lo sviluppo di sistemi bioelettronici alimentati da fonti microbiche. “Il mio lavoro si è concentrato sul superamento delle sfide legate agli elettrodi,” ha spiegato Elhadad, sottolineando come l’approccio congiunto abbia finalmente portato a una soluzione scalabile, robusta e funzionale.
Il passo successivo? Rendere il processo ancora più efficiente, unificando la stampa di tutte le parti in un solo flusso produttivo, e realizzare un sistema di gestione dell’energia simile a quelli usati nei pannelli solari. La ricerca, pubblicata su Advanced Energy & Sustainability Research, segna un traguardo significativo nello sviluppo di tecnologie energetiche sostenibili applicabili all’elettronica di piccola scala.
