Добавить новость
smi24.net
News in English
Март
2023

Scientists have generated electricity from thin air – literally. Here’s how

0
Scientists identified an enzyme that could convert hydrogen in the air into electricity (Picture: Getty)

It may sound surprising, but when times are tough and there is no other food available, some soil bacteria can consume traces of hydrogen in the air as an energy source.

In fact, bacteria remove a staggering 70 million tonnes of hydrogen yearly from the atmosphere, a process that literally shapes the composition of the air we breathe.

We have isolated an enzyme that enables some bacteria to consume hydrogen and extract energy from it, and found it can produce an electric current directly when exposed to even minute amounts of hydrogen.

As we report in a new paper in Nature, the enzyme may have considerable potential to power small, sustainable air-powered devices in future.

Bacterial genes contain the secret for turning air into electricity

Prompted by this discovery, we analysed the genetic code of a soil bacterium called Mycobacterium smegmatis, which consumes hydrogen from air.

Written into these genes is the blueprint for producing the molecular machine responsible for consuming hydrogen and converting it into energy for the bacterium. This machine is an enzyme called a ‘hydrogenase’, and we named it Huc for short.

Hydrogen is the simplest molecule, made of two positively charged protons held together by a bond formed by two negatively charged electrons. Huc breaks this bond, the protons part ways, and the electrons are released.

The Huc enzyme was isolated from the bacterium M. smegmatis (Picture: Rhys Grinter)

In the bacteria, these free electrons then flow into a complex circuit called the ‘electron transport chain’, and are harnessed to provide the cell with energy.

Flowing electrons are what electricity is made of, meaning Huc directly converts hydrogen into electrical current.

Hydrogen represents only 0.00005% of the atmosphere. Consuming this gas at these low concentrations is a formidable challenge, which no known catalyst can achieve. Furthermore, oxygen, which is abundant in the atmosphere, poisons the activity of most hydrogen-consuming catalysts.

Isolating the enzyme that allows bacteria to live on air

We wanted to know how Huc overcomes these challenges, so we set out to isolate it from M. smegmatis cells.

The process for doing this was complicated. We first modified the genes in M. smegmatis that allow the bacteria to make this enzyme. In doing this we added a specific chemical sequence to Huc, which allowed us to isolate it from M. smegmatis cells.

Getting a good look at Huc wasn’t easy. It took several years and quite a few experimental dead ends before we finally isolated a high-quality sample of the ingenious enzyme.

However, the hard work was worth it, as the Huc we eventually produced is very stable. It withstands temperatures from 80℃ down to –80℃ without activity loss.

The molecular blueprint for extracting hydrogen from air

With Huc isolated, we set about studying it in earnest, to discover what exactly the enzyme is capable of. How can it turn the hydrogen in the air into a sustainable source of electricity?

Remarkably, we found that even when isolated from the bacteria, Huc can consume hydrogen at concentrations far lower even than the tiny traces in the air. In fact, Huc still consumed whiffs of hydrogen too faint to be detected by our gas chromatograph, a highly sensitive instrument we use to measure gas concentrations.

We also found Huc is entirely uninhibited by oxygen, a property not seen in other hydrogen-consuming catalysts.

A map of the atomic structure of the Huc enzyme (Picture: Rhys Grinter/CC BY-NC)

To assess its ability to convert hydrogen to electricity, we used a technique called electrochemistry. This showed Huc can convert minute concentrations of hydrogen in air directly into electricity, which can power an electrical circuit. This is a remarkable and unprecedented achievement for a hydrogen-consuming catalyst.

We used several cutting-edge methods to study how Huc does this at the molecular level. These included advanced microscopy (cryogenic electron microscopy) and spectroscopy to determine its atomic structure and electrical pathways, pushing boundaries to produce the most highly resolved enzyme structure yet reported by this method.

Enzymes could use air to power the devices of tomorrow

It’s early days for this research, and several technical challenges need to be overcome to realise the potential of Huc.

For one thing, we will need to significantly increase the scale of Huc production. In the lab we produce Huc in milligram quantities, but we want to scale this up to grams and ultimately kilograms.

However, our work demonstrates that Huc functions like a ‘natural battery’ producing a sustained electrical current from air or added hydrogen.

As a result, Huc has considerable potential in developing small, sustainable air-powered devices as an alternative to solar power.

The amount of energy provided by hydrogen in the air would be small, but likely sufficient to power a biometric monitor, clock, LED globe or simple computer. With more hydrogen, Huc produces more electricity and could potentially power larger devices.

An artist’s rendering of Huc consuming hydrogen from air (Picture: Alina Kurokhtina)

Another application would be the development of Huc-based bioelectric sensors for detecting hydrogen, which could be incredibly sensitive. Huc could be invaluable for detecting leaks in the infrastructure of our burgeoning hydrogen economy or in a medical setting.

In short, this research shows how a fundamental discovery about how bacteria in soils feed themselves can lead to a reimagining of the chemistry of life. Ultimately it may also lead to the development of technologies for the future.

By Chris Greening, Professor, Microbiology, Monash University; Ashleigh Kropp, PhD Student, Biomedicine Discovery Institute, Monash University, and Rhys Grinter, Lab Head, Biomedicine Discovery Institute, Monash University

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

MORE : EasyJet and Rolls-Royce successfully test hydrogen powered jet engine

MORE : Is Nasa’s all-electric plane the future of emissions-free flying?








Лео Канделаки и Анжелика Стубайло сыграют в новую трэвел-игру «Кто куда» на ТНТ

Летняя школа Русского дома приняла детей из Карабаха

«А у кого нет проблем?»: Филипп Киркоров заговорил про здоровье после полученного ожога

Арбуз, кукуруза и холодные напитки: диетолог Садыков назвал продукты, которые портят ваш сон летом


Félix Auger-Aliassime

The Best Story Of Chicago Bulls’ Offseason Just Got A Happy Ending

The founder of Deliciously Ella started a blog when suffering from severe chronic pain. Now, her multimillion-dollar snack empire is going global

Tourism is increasing over prepandemic levels, overwhelming popular destinations


«Газинформсервис» подтвердил соответствие системы менеджмента качества стандартам ISO и ГОСТ

Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»

Пьяный курянин избил супругу и чуть не задушил её штанами из-за ревности

Спрос на авиаперевозки в Китай вырос почти на четверть с начала 2025 года – «Деловые Линии»


The dairy industry would like Gen Z to drink more milk, so they made a Fortnite diner tycoon game

Настройки GameHub и Winlator для игры в Prey (2017) на Android

Bungie promises to fix Destiny 2's new metroid-style morph ball as it makes players sick and glitches out on ultrawide monitors

Microsoft warns of 'active attacks' on its government and business server tech, with one cybersecurity expert claiming that they should 'assume that you have been compromised'



Летняя школа Русского дома приняла детей из Карабаха

Студия Лебедева запустила образовательный проект, в котором заказчики сами создают свой дизайн

Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»

Молодежь Подмосковья приглашают принять участие в конкурсе к 295-летию русского полководца Александра Суворова


Полиция пришла с обысками в редакцию Telegram-канала Baza

Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»

Нам есть чем гордиться: каким будет Национальный центр «Россия» на Краснопресненской набережной

Пассажиропоток аэропорта Курумоч увеличился на 5,5% за шесть месяцев 2025 года


Мнение талантов о предстоящем турнире по League of Legends

Синоптик Шепоренко предупредила о дождях в Свердловской области

Молодежь Подмосковья приглашают принять участие в конкурсе к 295-летию русского полководца Александра Суворова

Ждем вас в эфире в 16.30!. Директор Проектного центра МАРХИ и советник Российской академии архитектуры и строительных наук, лауреат премии президента России в области культуры Алексей Капустин в программе политолога и...


Теннисистка Мур высказалась о проблемах в антидопинговой системе.

Буассон завоевала свой первый титул в WTA

Архангельская теннисистка завершила выступление на турнире WTA 250 в Яссах

Кудерметова: раньше думала, что Сафина из Казани, её с Маратом все связывают с Татарстаном


Фонд Юрия Лужкова отметил лучших райдеров на фестивале The BOWL 2025

Пустые обещания: кто такой «воздухан» и когда уместно использовать это слово

Синоптик Ильин заявил, что Москву к концу недели ждет похолодание

110-летие Михаила Матусовского отметили на арт-фестивале «С чего начинается Родина?» на ВДНХ


Музыкальные новости

Юбилейный 10-й VK Fest проходит в Москве

Баста помог парню сделать предложение девушке на концерте в Екатеринбурге

Композитор Юрий Лоза заявил, что ненавидит навязчивых соседей

Саксофонист Бутман предложил написать джазовый гимн Петербурга


Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»

Молодежь Подмосковья приглашают принять участие в конкурсе к 295-летию русского полководца Александра Суворова

Студия Лебедева запустила образовательный проект, в котором заказчики сами создают свой дизайн

Мебель, которой доверяют профессионалы — в "Аверсе"


Акция «Каникулы с Росгвардией» продолжается в Чеченской Республике

Полина Гагарина открыла официальную часть VK Fest в Москве

Собянин: еще один беспилотник, летевший к Москве, ликвидирован силами ПВО

Путин поздравил российских школьников с победой на математической олимпиаде


Рискнул на 100 тысяч рублей: инженер из Смоленска купил более 1,7 тысячи лотерейных билетов и выиграл автомобиль от «Национальной Лотереи» и РОЛЬФ на VK Fest

Сильный ливень заблокировал людей в авто в центре Москвы

Зарядки для электромобилей «Энергия Москвы» станут платными

Москвичей предупредили о задержках наземного транспорта из-за ливня


Путин отметил победу синхрониста Мальцева на чемпионате мира в Сингапуре.

В Москве скончалась подруга Путина, которая рассказывала о его молодости: «Нам он как мужчина не нравился»

Путин выразил соболезнования семье председателя Верховного суда Подносовой

Министр юстиции поделился информацией о роли адвокатов в специальной военной операции.




После вспышки инфекции на теплоходе «Леонид Красин» начали расследование

Офтальмолог Кирилл Светлаков: секреты здоровых глаз для тех, кто носит контактные линзы

«Я на инвалидном кресле, он на «Тесле»: что случилось с блогером Мариш Мариш

Собянин: создание 5 центров женского здоровья завершат в этом году


«СТРАНА.ua»: Зеленский раскритиковал ЕС за непредоставление обещанной помощи

В центре Киева митингуют против реформ Зеленского


Кайрат Бермуканов поддержал Петра Яна перед боем в Абу‑Даби

В Москве впервые пройдет фестиваль экстремальных видов спорта

Росгвардия обеспечила безопасность финиша международного ралли «Шелковый путь»

Движение к победе: в России стартует премия «Мы верим твердо в героев спорта»


Лукашенко призвал белорусских нефтяников «не раскачиваться, а бурить и бурить»

Посланник Трампа рассказал, как «неформально» договаривался с Лукашенко: после нескольких тостов Минск освободил политзаключенных

Куда Лукашенко хочет пристроить лишних дипломатов


Собянин: Модернизация двух корпусов ГКБ имени Вересаева завершится в этом году

Собянин: Продолжаем внедрять новый стандарт заботы о женском здоровье в одном месте

Собянин рассказал, как город заботится о природе при строительстве метро

Более 800 спортивных площадок обновят и обустроят в Москве — Сергей Собянин


Фестиваль «Сады и цветы»: как Москву превращают в городской оазис

Экономист оценил экологический и финансовый ущерб от пластиковых пакетов

Зарядки для электромобилей «Энергия Москвы» станут платными

Уже 59 орловчан решили побороться за просветительскую награду «Знание. Премия»


Массовое строительство метро. 30 новых станций построят в Москве за 5 лет

Акция «Каникулы с Росгвардией» продолжается в Чеченской Республике

В Татарстане капитально отремонтировали 132 многоквартирных дома

Мнение талантов о предстоящем турнире по League of Legends


Центр подготовки личного состава Северо-Западного округа Росгвардии пополнили призывники

Республика Алтай вошла в десятку регионов России по развитию ипотеки

В Башкирии ревнивец ранил жену шампуром и сдался полиции

Девочка упала при посадке на теплоход в порту Архангельска


Поезда в Крым и из Крыма следуют с задержками до пяти часов

В Симферополе наградили юных крымчан за отвагу и решительность

Поезда "Таврия" по-прежнему задерживаются из-за ЧП в Ростовской области

Актуальная информация о задержке поездов в Крым и обратно


Отец Тиммы: перестаньте присылать её фото, блевать тянет

Движение на участке Филевской линии метро остановили из-за ливней

Мнение талантов о предстоящем турнире по League of Legends

Ждем вас в эфире в 16.30!. Директор Проектного центра МАРХИ и советник Российской академии архитектуры и строительных наук, лауреат премии президента России в области культуры Алексей Капустин в программе политолога и...














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *