剑桥大学的研究人员使用3D打印技术创建了高层“纳米房屋”的网格，喜阳光的细菌可以在其中快速生长。然后，研究人员能够提取细菌光合作用留下的废弃电子，这些电子可以用来为小型电子设备供电。鸣谢:Gabriella Bocchetti的研究人员为细菌群落建造了微型“摩天大楼”，帮助它们仅利用阳光和水发电。来自剑桥大学的研究人员使用3D打印技术创建了高层“纳米房屋”的网格，喜阳光的细菌可以在其中快速生长。然后，研究人员能够提取细菌光合作用留下的废弃电子，这些电子可以用来为小型电子设备供电。
其他研究小组已经从光合细菌中提取能量，但剑桥大学的研究人员发现，为它们提供合适的家园可以使它们提取的能量增加一个数量级以上。这种方法与传统的可再生生物能源发电方法相比具有竞争力，并且已经达到了太阳能转换效率，可以超越许多当前的生物燃料发电方法。
他们的成果发表在《自然材料》杂志上，开辟了生物能源生产的新途径，并表明太阳能的“生物混合”来源可能是零碳能源组合的重要组成部分。
目前的可再生技术，如硅基太阳能电池和生物燃料，在碳排放方面远远优于化石燃料，但它们也有局限性，如依赖采矿，回收方面的挑战，以及依赖农业和土地使用，这导致了生物多样性的丧失。
领导这项研究的Yusuf Hamied化学系的Jenny Zhang博士说:“我们的方法是朝着未来制造更可持续的可再生能源设备迈出的一步。”
张和她来自生物化学系和材料科学与冶金系的同事们正致力于重新思考生物能源，使之成为可持续和可扩展的东西。
剑桥大学的研究人员使用3D打印技术创建了高层“摩天大楼”的网格，喜阳光的细菌可以在那里快速生长。然后，研究人员能够提取细菌光合作用留下的废弃电子，这些电子可以用来为小型电子设备供电。鸣谢:Gabriella Bocchetti光合细菌，或蓝细菌，是地球上最丰富的生命。几年来，研究人员一直试图“重新连接”蓝藻的光合作用机制，以便从中提取能量。
“在你实际上能从光合作用系统中提取多少能量方面存在一个瓶颈，但没人知道瓶颈在哪里，”张说。“大多数科学家认为瓶颈在生物方面，在细菌方面，但我们发现一个实质性的瓶颈实际上在物质方面。”
为了生长，蓝细菌需要大量的阳光——就像夏天的湖面一样。为了提取它们通过光合作用产生的能量，细菌需要附着在电极上。
剑桥团队用金属氧化物纳米粒子3D打印了定制电极，这些电极是为蓝藻进行光合成而定制的。这些电极被打印成高度分枝、密集排列的柱状结构，就像一个微型城市。
张的团队开发了一种打印技术，可以控制多种长度尺度，使结构高度定制化，这可能有利于广泛的领域。
“这种电极具有极好的光处理性能，就像一个有很多窗户的高层公寓，”张说。“蓝细菌需要一些它们可以附着的东西，并与它们的邻居形成一个群落。我们的电极可以在很小的表面积和大量的光线之间实现平衡——就像一座玻璃摩天大楼。”
一旦自我组装的蓝细菌进入他们的新“有线”家园，研究人员发现它们比其他现有的生物能源技术更有效，如生物燃料。与其他通过光合作用生产生物能源的方法相比，这项技术提取的能量增加了一个数量级。
“我很惊讶我们能够实现我们所做的数字——类似的数字已经预测了很多年，但这是第一次这些数字被实验证明，”张说。“蓝藻是多用途的化工厂。我们的方法使我们能够在早期利用它们的能量转换途径，这有助于我们了解它们如何进行能量转换，以便我们可以利用它们的自然途径来生产可再生燃料或化学品。”
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