Električtí úhoři, cesta k nové baterii a omyl Alessandra Volty

Třecí elektřina, elektrický článek, zdokonalení kondenzátoru. Alessandro Volta byl na svou dobu nepochybně velký podivín, ale za zmíněné vynálezy mu vděčíme dodnes. S principy, které odhalil, popsal a rozpracoval, totiž stále pracujeme. A rádi bychom je posunuli na novou úroveň. Pro úplnost nutno dodat, že tento velký vynálezce hledal pro své fascinující objevy inspiraci v neméně fascinující přírodě. U elektrických ryb, parejnoků a paúhořů elektrických.

V kádích u jeho laboratoří na univerzitě v Pavii to často až nebezpečně jiskřilo. Tělesné orgány rozpitvaných živočichů Volta vedly k poznání, jak zhruba asi ryby dokáží generovat elektřinu. Nyní už víme, že jeho prvotní poznání bylo mylné, ale tehdy to vůbec nevadilo. Protože jeho idea „umělé baterie“ se ukázala být funkční a užitečná.

Přišel totiž s tím, že fyzikálním spojením dvou různých materiálů, obvykle kovů, vzniká chemická reakce, jejímž výsledkem je tok elektronů z jednoho materiálu do druhého. A tento proud elektronů představuje přenosnou energii, kterou lze využít k výrobě elektřiny. Pracovat například se zinkem a mědí v rámci takto sestavené baterie elektrického článku bylo o dost méně náročné, než vysilujícím způsobem třít ebonitovou tyč liščím ohonem (nebo hedvábí o sklo) a tím získávat statickou elektřinu.

Vývoj se pochopitelně nezastavil, princip nicméně zůstal zachován. Ten stojí na tom, že dáme dohromady dva různé (často kovové) materiály, vyvoláme elektrochemickou reakci, a pak si užíváme vzniklých elektronů, které zachytíme.

Od umělé baterii k živé

V čem se Alessandro Volta spletl? Svalové orgány elektrických ryb, které mu na řezu připomínaly vrstvené ruličky mincí (a mocně jej inspirovaly k vrstvení a střídání nastříhaných plíšků různých kovů ve slaném prostředí, tedy k vynálezu umělé baterie), totiž fungují jinak.

Většinou tak, že specializované buňky v elektrickém orgánu konkrétního druhu ryby přečerpávají ionty přes polopropustnou membránovou bariéru, a tím vytvářejí rozdíl elektrického náboje mezi vnitřní a vnější stranou membrány. Když se mikroskopické otvůrky v membráně otevřou, rychlý tok iontů z jedné strany membrány na druhou vytváří elektrický proud. Parejnoci jsou takto schopni v jednom mohutném výboji generovat 8-200 voltů, a paúhoři okolo 600 V.

Proč to vlastně ryby dělají? Nejčastěji proto, aby výbojem „zklidnily“ svou kořist před tím, než na ni zaútočí. Nejsou schopni ji výbojem zabít, ale dokáží ji velmi efektivně omráčit. To proto, že výboj má velmi vysoké napětí, ale velmi nízký proud. Malé ampéry, tedy spíše miliampéry.

Tento sofistikovaný mechanismus výroby elektřiny nyní „inspiruje“ následovníky Alessandra Volty, současné badatele a objevitele. Ve Švýcarsku a USA se už pátým rokem pracuje na baterii, která by dokázala paúhoře napodobit.

Technicky jde o vrstvení tisíců elektrocytních buněk čtyř typů, oddělených izolační vrstvou, kterým biochemická reakce dodá impuls k přepumpování iontů sodíku a potažmo chloru. Zatím to funguje doslova jen na papíře, protože ten slouží jako podklad pro vrstevnatou strukturu elektrocytů, vytvořených s mikroskopických kapiček gelů.

Některé kapičky obsahují ionty sodíku a chlóru, zatímco jiné obsahují čistou vodu. Třetí typ kapek vede ionty sodíku, ale ne ionty chloru, zatímco čtvrtý typ vede ionty chloru, ale ne sodíku. A pokud toto mikroskopické origami, skládačku z papíru, správně složíte nebo rozložíte, dojde i ke kontaktu jednotlivých kapiček, a tím výměně elektronů, potažmo tedy elektřiny.

K čemu je nám to teď dobré?

V mikro a nano měřítcích k tomu, abychom byli schopni „pohánět“ nejrůznější implantáty v lidském těle. Například umělé srdce.

V měřítcích náležitě větších se tu ale otevírají zásadní možnosti, jak proměnit stávající tvář energetiky. Která nepotřebuje zdroje z fosilních paliv k tomu, aby dobyly „ekologickou“ baterii. Model zaužívaný parejnoky a paúhoři by byl schopen generovat mobilní energii sám o sobě.

Elektrické ryby před dvěma staletími posloužily jako vynikající zdroj inspirace k objevu, z něhož těžíme dodnes. A zdá se, že ještě neřekly poslední slovo.

---

reklama

---