Uma bateria que precisa ser alimentada em vez de carregada? Isso é exatamente o que os pesquisadores conseguiram com sua bateria fúngica biodegradável impressa em 3D. A bateria viva poderia fornecer energia a sensores para agricultura ou pesquisa em regiões remotas. Uma vez concluído o trabalho, ele se digere por dentro.
Os fungos são uma fonte de fascínio. Este reino da vida – mais relacionado com os animais do que com as plantas – abrange uma enorme variedade. Tudo pode ser encontrado aqui: de cogumelos comestíveis a bolores, de vida unicelular ao maior organismo da Terra, de patógenos causadores de doenças a super-heróis que produzem medicamentos. Agora, os pesquisadores conseguiram extrair outra habilidade dos fungos: gerar eletricidade.
Como parte de um projeto de pesquisa de três anos, apoiado pela Gebert Rüf Stiftung como parte de seu programa de financiamento de microbianos, pesquisadores do laboratório de Celulose e Materiais de Madeira da Empa desenvolveram uma bateria fúngica funcional. As células vivas não produzem muita eletricidade – mas o suficiente para alimentar um sensor de temperatura durante vários dias, por exemplo. Esses sensores são utilizados na agricultura ou em pesquisas ambientais. A maior vantagem da bateria fúngica: Ao contrário das baterias convencionais, ela não é apenas totalmente atóxica, mas também biodegradável.
A rigor, a célula não é uma bateria, mas a chamada célula de combustível microbiana. Como todos os seres vivos, os microrganismos convertem nutrientes em energia. As células a combustível microbianas fazem uso desse metabolismo e capturam parte da energia na forma de eletricidade. Até agora, eles eram alimentados principalmente por bactérias. “Pela primeira vez, combinamos dois tipos de fungos para criar uma célula de combustível funcional”, diz a pesquisadora da Empa, Carolina Reyes. Os metabolismos das duas espécies de fungos se complementam: no lado do ânodo existe um fungo de levedura cujo metabolismo libera elétrons. O cátodo é colonizado por um fungo de podridão branca, que produz uma enzima especial, permitindo que os elétrons sejam capturados e conduzidos para fora da célula.
Microbiologia encontra engenharia elétrica
Os fungos não são “plantados” na bateria, mas são parte integrante da célula desde o início. Os componentes da bateria fúngica são fabricados por impressão 3D. Isso permite que os pesquisadores estruturem os eletrodos de forma que os microrganismos possam acessar os nutrientes da forma mais fácil possível. Para fazer isso, as células fúngicas são misturadas à tinta de impressão. É mais fácil falar do que fazer: “Já é bastante desafiador encontrar um material no qual os fungos cresçam bem”, diz Gustav Nyström, chefe do laboratório de Celulose e Materiais de Madeira. “Mas a tinta também deve ser fácil de extrusar sem matar as células – e é claro que queremos que ela seja eletricamente condutora e biodegradável.”
Graças à vasta experiência do seu laboratório na impressão 3D de materiais macios de base biológica, os investigadores conseguiram produzir uma tinta adequada à base de celulose. As células fúngicas podem até usar a celulose como nutriente e assim ajudar a quebrar a bateria após o uso. No entanto, a sua fonte preferida de nutrientes são os açúcares simples, que são adicionados às células da bateria. “Você pode armazenar as baterias fúngicas secas e ativá-las no local simplesmente adicionando água e nutrientes”, diz Reyes.
Embora os fungos robustos sobrevivam a essas fases secas, trabalhar com materiais vivos representou uma série de desafios para os pesquisadores. A interdisciplinaridade Para caracterizar as baterias fúngicas, o microbiologista treinado Reyes não só teve que aprender técnicas de eletroquímica, mas também adaptá-las às tintas de impressão 3D.
Os investigadores planeiam agora tornar a bateria fúngica mais potente e duradoura – e procurar outros tipos de fungos que sejam adequados para fornecer eletricidade. “Os fungos ainda são subinvestigados e subutilizados, especialmente no campo da ciência dos materiais”, concordam Reyes e Nyström.
