In un futuro in cui l'elettronica sarà praticamente in qualsiasi prodotto e apparecchio (il concetto dell'Internet of Things o Internet delle Cose), anche di breve durata, pensare al tema dell'impatto ambientale è di primaria importanza. Soluzioni alternative agli attuali prodotti elettronici fatti di circuiti stampati e batterie sono quindi ben accette e da tenere in considerazione se non vogliamo trovarci sommersi da spazzatura elettronica ben più di quanto non avvenga oggi.

Seokheun Choi, professore della State University of New York a Binghampton e i suoi colleghi hanno messo a punto una batteria monouso a base di carta, che si affida a batteri sia per generare una corrente elettrica sia per divorare la batteria al termine della sua vita utile. La ricerca è stata pubblicata sul giornale Advanced Sustainable Systems.

Le batterie agli ioni di litio e i supercondensatori offrono un'elevata densità energetica e hanno altre caratteristiche molto allettanti, ma sono non biodegradabili e spesso sono fatte di materiali tossici. Inoltre, hanno un processo di produzione energivoro e spesso dannoso dal punto di vista ambientale.

Tecniche di raccolta dell'energia alternative come celle solari, nanogeneratori e generatori termoelettrici contengono grandi quantità di metalli pesanti e polimeri non rinnovabili e non biodegradabili. La cara e vecchia carta da ufficio potrebbe invece offrire un'opzione più sostenibile, una volta applicata un po' di sofisticata ingegneria.

Si possono usare tecniche innovative per manipolare il diametro delle fibre di cellulosa della carta, uniformando la ruvidità e controllando la trasparenza per favorire diverse applicazioni. La combinazione di carta con entità organiche, inorganiche e biologiche amplia la gamma di possibilità ingegneristiche e rende la carta una piattaforma praticabile per l'elettronica di prossima generazione.

Il lavoro del professor Choi si è concentrato nell'integrazione di batteri nella carta per generare elettricità e smaltire la batteria. Nel 2015 è riuscito a creare, insieme ai suoi colleghi, una batteria fatta di carta, ma di recente ha descritto in che modo la biobatteria può essere attivata e come è possibile migliorarne la durata.

In laboratorio, la batteria "a batteri" usa la respirazione per convertire l'energia biochimica immagazzinata nella materiale organico in energia biologica. Il processo comporta una cascata di reazioni tramite un sistema di biomolecole trasportatrici di elettroni che trasferiscono gli elettroni a un anodo.

Per creare la batteria il team ha posto sulla carta dei batteri exoelettrogeni liofilizzati. Si tratta di un tipo di batterio che può trasferire elettroni fuori dalle proprie cellule. Gli elettroni passano attraverso la membrana cellulare ed entrano in contatto con elettrodi esterni per alimentare la batteria.

Per attivare la batteria i ricercatori hanno aggiunto acqua o saliva, utili a far rivivere i batteri. In laboratorio la batteria ottenuta ha prodotto una potenza massima di 4 µW/cm2 e una densità di corrente di 26 µA/cm2, che secondo il professore sono valori "significativamente più alti" rispetto alle precedenti batterie microbiche a base di carta.

Anche così però, le prestazioni energetiche sono "molto basse", il che ne limita l'applicazione, almeno per ora. Per un uso commerciale fattibile la densità di potenza / corrente deve essere migliorata di un fattore di circa 1000.

"La bellezza di usare la carta come substrato del dispositivo è che puoi semplicemente impilarla o piegarla per realizzare una connessione seriale o parallela", ha spiegato il professore. Tecniche come quelle degli origami possono essere particolarmente utili.

La batteria di carta ha attualmente una durata di circa quattro mesi e si decompone facilmente in acqua. I ricercatori stanno lavorando sulle condizioni per migliorare la sopravvivenza e le prestazioni dei batteri liofilizzati, permettendo così una durata maggiore. Allo stesso tempo si stanno già guardando attorno per trovare dei partner commerciali.