Mga Selula ng Panggatong na Galing sa Kabute na Nilikha Gamit ang 3D-Printing

Ang mga baterya ay ang puwersang nagtutulak sa ating teknolohikal na advanced na kasalukuyan at hinaharap. Pagkatapos, pinapagana nila ang lahat mula sa ating mga remote control, kamera, telepono, laptop, at mga de-kuryenteng sasakyan hanggang sa kagamitan, robotika, at imbakan ng enerhiya.

Sa pagtingin sa iba’t ibang gamit ng mga baterya, ang laki ng merkado nito ay lumago at tinatayang nagkakahalaga ng $134.62 bilyon noong 2024 at inaasahang lalago pa sa compound annual growth rate (CAGR) na 16.4% pagsapit ng 2030.

Sa patuloy na pagtaas ng pangangailangan para sa mga baterya, nakatuon na ngayon ang pansin sa pagpapabuti ng teknolohiya upang mag-alok ng mas mataas na energy density, mas mahusay na kaligtasan, mas mahabang buhay, at mas maikling oras ng pag-charge.

Bukod sa pagpapabuti ng performance ng mga baterya, mas binibigyang-pansin na rin ngayon ang pagbawas ng kanilang epekto sa kapaligiran. Ito ay dahil sa tumataas na e-waste, na tinatayang aabot sa 74.7 milyong tonelada sa pagtatapos ng dekadang ito dahil sa pagtatapon ng mga elektronikong may mga komponent na hindi madaling nabubulok o hindi madaling mare-recycle.

Kasabay nito, mabilis na nauubos ang mga hindi nababagong materyales, na nagdudulot ng agarang pangangailangan para sa mga bagong napapanatiling pinagkukunan ng enerhiya na maaaring iproseso nang mahusay at may pinakamababang epekto sa kapaligiran.

Upang matugunan ang mabilis na pangangailangan sa pagbuo ng berdeng elektronikong gumagamit ng hindi nakakalason, mas environment-friendly, at nababagong materyales sa kanilang mga bahagi, lumikha ang mga mananaliksik ng Empa ng biodegradable na bateryang kabute na, sa halip na mag-charge, ay kailangang pakainin. Ang buhay na bateryang ito, na 3D-printed, ay maaaring magbigay ng kuryente sa mga sensor na ginagamit sa agrikultura o pananaliksik sa mga liblib na lugar. Kapag natapos na ng bateryang kabute ang gawain nito, ito ay magdidigest mula sa loob.

Ang mga bio-battery o microbial fuel cells (MFCs) ay gumagamit ng redox metabolism ng mga mikroorganismo upang lumikha ng enerhiya.

Ang mga mikroorganismo na ginagamit sa ganitong uri ng fuel cells ay nagme-metabolize ng organikong materyal tulad ng wastewater o asukal at, kapag wala ito, gumagamit ng enerhiya ng liwanag at photosynthesis. Ang isang MFC ay binubuo ng anode at cathode, at maaaring paghiwalayin ng proton exchange membrane (PEM) o iwanang bukas sa isang single-compartment na aparato.

Bukod sa remote sensing at mga kagamitang pang-monitor ng kapaligiran, interesado rin ang MFCs para sa mga aplikasyon tulad ng wearable electronics at biomedical diagnostic devices. Lalo silang kapaki-pakinabang sa mga stand-alone na aplikasyon na hindi nangangailangan ng access sa pangunahing grid ng enerhiya.

Ang bacterial, algal, at archaeal ay ilan sa mga uri ng MFCs. Pagdating sa fungal MFCs, ang mga may yeast at white-rot fungi ay nasuri na, ngunit hindi pa sila pinagsama hanggang ngayon.

Fungi: Isang Lumalagong Lugar ng Interes

Ang pokus ng tatlong-taong proyektong pananaliksik na ito ay ang mga kabute, na mga eukaryotic na organismo, ibig sabihin ang kanilang mga selula ay may membrane-bound organelles at malinaw na tinukoy na nucleus. Ang mga kabute ay hindi kabilang sa kaharian ng halaman at hiwalay din mula sa lahat ng iba pang buhay na organismo.

Ang mga kabute ay ang pinakamadaling makilala na fungi. Ang iba pang uri ay kinabibilangan ng mga yeast, rust, mildew, at molds. Ang mga kabute ay talagang nasa lahat ng dako: sa lupa, hangin, mga lawa, dagat, halaman, hayop, pagkain, at katawan ng tao. Kasama ang mga bakterya, tumutulong silang i-break down ang organikong materyal at maglabas ng oxygen, carbon, phosphorus, at nitrogen sa lupa at atmospera.

Sa ating pang-araw-araw na buhay, karaniwan silang ginagamit sa paggawa ng tinapay, alak, serbesa, at ilang keso, pati na rin sa paggawa ng mga pagkaing mataas sa protina. Ang mga kabute ay nagbibigay din ng mahalagang ambag sa pamamahala ng mga sakit ngunit, kasabay nito, responsable rin sa mga pathogen na nagdudulot ng sakit.

Ang mga pag-aaral sa kabute ay nakatulong sa atin na makakuha ng pangunahing kaalaman sa biyolohiya at patuloy na naging isang lugar ng interes para sa pag-aaral ng cell at molecular biology, genetic engineering, at iba pang batayang disiplina ng biyolohiya.

Sa larangan ng medisina, ang magic mushrooms ay partikular na interesado dahil naglalaman ito ng psilocybin, isang natural na psychoactive alkaloid na may hallucinogenic na epekto. Tulad ng ibinahagi namin sa aming kamakailang artikulo, isang pagsabog ng pananaliksik ang nag-e-nag-eexplore ng paggamit ng psilocybin para gamutin ang mga mental at psychological na disorder.

Ang kakayahan ng mga kabute na i-transform ang organikong materyales sa kapaki-pakinabang na produkto ay nagdulot ng malaking interes sa fungal biotechnology din, kung saan makakatulong sila sa pagpapabilis ng paglipat sa isang bio-based circular economy.

Sa pamamagitan ng pagbibigay ng mga solusyon para sa pagtiyak, pagpapatatag, at pagpapabuti ng suplay ng pagkain para sa lumalaking populasyon ng tao habang binabawasan ang greenhouse gas emissions, ang fungal biotechnology ay may potensyal na magbigay ng makabuluhang kontribusyon sa pagmitiga ng pagbabago ng klima.

Habang ang mga kabute ay nakakatanggap ng maraming atensyon sa iba’t ibang larangan, hindi ito masasabi sa larangan ng material science, kung saan sila ay kulang pa sa pananaliksik at, siyempre, hindi pa nagagamit nang husto, na maaaring magbago habang ginagamit ng mga mananaliksik ang kabute upang lumikha ng kuryente.

Ang pinakabagong pag-aaral ay nagpapakita ng pag-develop ng isang gumaganang fungal battery, na bagaman hindi ito gumagawa ng maraming kuryente, ay kayang mag-generate ng sapat para paganahin ang isang temperature sensor sa loob ng ilang araw. Ang ganitong uri ng sensor ay ginagamit sa pananaliksik sa kapaligiran o sa industriya ng agrikultura.

Hindi tulad ng tradisyonal na mga baterya, ang fungal battery na ito ay ganap na hindi nakakalason at biodegradable, na ginagawa itong isang environment-friendly na opsyon.

BioBattery: Narito na ang Green Electronics

Ang organic-based na baterya mula sa The Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, isang institusyong pananaliksik para sa application-oriented na material science at teknolohiya, ay nagpadali ng metabolismo ng kabute at kaugnay na pagbuo ng enerhiya.

Pinagmulan: ACS

Ang buhay na selula dito ay isang microbial fuel cell. Ang mga mikroorganismo, tulad ng anumang buhay na bagay, ay nagko-convert ng nutrisyon sa enerhiya, at ang microbial fuel cells (MFCs) ay gumagamit din ng metabolismong ito upang lumikha ng enerhiya at pagkatapos ay kunin ang bahagi nito bilang kuryente.

Ang mga microbial fuel cell ay karamihan ay pinapagana ng bakterya hanggang ngayon kung kailan, sa kauna-unahang pagkakataon, pinagsama ng mga mananaliksik ng Empa ang “dalawang uri ng kabute” na ang metabolismo ay mahusay na nagkakasundo “upang lumikha ng isang gumaganang fuel cell.”

Gumamit ang mga mananaliksik ng yeast fungus sa anode side, kung saan ang metabolismo nito ay naglalabas ng mga electron, at isang white rot fungus naman ang ginamit sa cathode side, kung saan ito ay gumagawa ng espesyal na enzyme na nagpapahintulot sa pagkuha ng mga electron at pagkatapos ay inilalabas mula sa selula.

Isinama ng mga mananaliksik ang mga kabute sa baterya bilang integral na bahagi ng selula mula pa sa simula. Gumamit sila ng 3D printing upang gumawa ng mga komponent ng fungal battery, na nagbigay sa kanila ng ganap na geometric freedom upang mag-print ng mga device na may anumang anyo at hugis na maaaring seamlessly integrated sa iba pang electronic components.

Sa ganitong paraan, nagawang istruktura ng mga electrodes sa isang tiyak na paraan kung saan ang mga mikroorganismo ay maaaring ma-access ang nutrisyon nang pinakamadali.

Ngayon, ang paraan upang gawin iyon ay sa pamamagitan ng paghahalo ng mga selula ng kabute sa printing ink. Ito ay nangangahulugang pagtagumpayan ang hamon hindi lamang sa paghahanap ng materyal kung saan maayos na lumaki ang kabute kundi pati na rin sa pag-extrude ng ink nang hindi pinapatay ang mga selula.

“Siyempre, nais naming ito ay electrically conductive at biodegradable.”

– Gustav Nyström, Head of the Cellulose and Wood Materials lab

Upang gawing electronically conductive, nagdagdag ang koponan ng carbon black at graphite flakes sa mga ink.

Sa pagkakaroon ng malawak na karanasan sa 3D printing ng soft, bio-based na mga materyales, nagawa ng koponan na gumawa ng cellulose-based na ink (hydrogel fungal inks) na angkop para sa gawain. Binanggit ng pag-aaral na ang paggamit ng cellulose para sa 3D printing ng fungal electrodes ay isang bagong paraan upang i-channel ang metabolic activity ng mga kabute para sa potensyal na paggamit sa electrochemical devices.

Ang cellulose ay isang sagana, mababang-gastos, renewable, at biodegradable na polymer na nagmula sa algae, bacteria, kahoy, at tunicates. Ito ay matagumpay nang nagamit sa paggawa ng iba’t ibang uri ng organic-based na elektronik.

Ang mga selula ng kabute ay maaaring gamitin pa ang cellulose bilang nutrisyon, na tumutulong sa pag-break down ng baterya pagkatapos magamit. Ang kanilang pangunahing pinagmumulan ng nutrisyon, gayunpaman, ay simpleng asukal, na idinadagdag pagkatapos sa mga baterya.

“Maaari mong itago ang mga fungal battery sa tuyong estado at i-activate ito sa lokasyon sa pamamagitan lamang ng pagdagdag ng tubig at nutrisyon.”

– Empa researcher Carolina Reyes, a trained microbiologist

Ayon sa pag-aaral, ang mga biobattery na ito ay maaaring mag-produce ng 300 hanggang 600 mV sa loob ng ilang araw. Sa pamamagitan ng pagkakabit ng apat na baterya nang parallel, ang isang maliit na sensor ay maaaring mapagana sa loob ng 65 oras.

Nabuo ng koponan ang mga materyales, inks, at mga device sa kanilang mga nakaraang gawain para sa isang bagong sangay ng green electronics, kabilang ang mga display, sensor, baterya, at supercapacitor. Sa pag-aaral na ito, pinalawak nila ang mga posibilidad ng kanilang nakaraang eksperimento, kung saan nagbigay sila ng mga device na maaaring mag-imbak ng enerhiyang elektrikal at lumikha ng enerhiya sa isang environment-friendly na sistema.

Sa susunod na yugto, layunin ng mga mananaliksik na gawing mas malakas at mas matagal ang fungal battery, pati na rin gawing ganap na 3D printable ang device. Maghahanap din sila ng iba pang uri ng kabute na mas angkop para sa layunin ng pagbibigay ng kuryente at paghahanda ng kanilang device para magamit sa praktikal na aplikasyon sa larangan.

Ngayon, tingnan natin ang ilang pangunahing manlalaro na gumagana sa mga merkado ng baterya at 3D printing.

1. Proto Labs, Inc.

Isang provider ng komprehensibong digital manufacturing services, ang Proto Labs (PRLB ) ay dalubhasa sa advanced manufacturing at 3D printing services upang gumawa ng custom parts para sa kanilang mga customer.

Sinimulan ng Proto Labs ngayong taon ang pagpapalawak sa full-service production, na tinatawag ng kumpanya bilang “a natural evolution.” Ito ay magreresulta sa mas mahusay na quality control at mas magagandang opsyon sa pagpepresyo habang nakatuon sa industry certifications, na nagpapahintulot sa kumpanya na magsilbi sa mga customer mula simula hanggang katapusan. Ang catalyst para sa pagpapalawak na ito, ayon kay Eric Utley, 3D printing applications engineering manager sa Proto Labs, ay ang pagkuha ng 3D Hubs noong 2021 na nagpalawak ng kanilang solusyon.

Sa pagtaas ng kahalagahan ng sustainability bilang isang pangglobong isyu at ang lahat mula sa mga consumer, kumpanya, at regulator ay nagsusumikap na bawasan ang kanilang environmental footprint sa pamamagitan ng paggamit ng recycled na materyales, nagpakilala rin ang Proto Labs ng mga plastik na materyales na gawa sa recycled content sa kanilang CNC offering. Ito ay nagpapahintulot sa mga gumagamit na iwasan ang paggamit ng virgin materials para sa prototyping nang walang karagdagang gastos.

Sa market cap na $937.75 milyon, ang mga shares ng Proto Labs ay kasalukuyang nagte-trade sa $38.26, bumaba ng 2.12% YTD. Mayroon itong EPS (TTM) na 0.94 at P/E (TTM) na 40.69.

Para sa Q3 ng 2024, iniulat ng kumpanya ang revenue na $125.6 milyon, pagbaba ng 3.9% kumpara sa rekord na revenue na $130.7 milyon sa parehong quarter noong nakaraang taon. Ang net income para sa quarter ay $7.2 milyon. Samantala, ang operating cash flow ay ang pinakamataas mula noong 2020 bago nakuha ng Proto Labs ang 3D Hubs.

Ang third quarter non-GAAP earnings per share ay $0.47, habang ang YTD adjusted EPS ay naiulat na tumaas ng higit sa 10% YoY sa flat na revenue. Sa kabuuan, naglingkod ang Protolabs sa 22,511 na customer contacts. Ang cash at investments balance, noong Setyembre 30, 2024, ay $117.6 milyon.

2. BYD Company Ltd. (BYDDF: OTCPK)

Ang BYD na nakabase sa China ay pangunahing kasangkot sa paggawa at pagbebenta ng transportation equipment, ngunit kasali rin ito sa paggawa ng rechargeable batteries, photovoltaic products, at mga electronic device para sa pang-araw-araw na gamit.

Sa market capitalization na $105.57 bilyon, ang mga shares ng BYD ay kasalukuyang nagte-trade sa $33.33, bumaba ng 1.99% YTD. Mayroon itong EPS (TTM) na 1.66 at P/E (TTM) na 20.08, habang ang dividend yield ay 1.31%.

Ayon sa pinakabagong data na inilabas, ang BYD ay pumapangalawa na may 23.19% na bahagi sa power battery installed capacity sa China, na umabot sa 17.49 GWh. Ang kabuuang power battery installations sa bansa ay umabot sa 75.4 GWh, tumaas ng 57.3% taon-taon. Para sa buong taon ng 2024, ang BYD ay pumapangalawa na may 24.74% na bahagi, habang ang CATL ay nanatili sa posisyon nito na may 45.08% na bahagi.

Bilang nangungunang tagagawa ng rechargeable batteries, nag-aalok ang BYD ng Lithium-ion batteries, NiMH batteries, at NCM batteries, na may malawak na gamit, kabilang ang consumer electronics, new energy vehicles, at energy storage. Ang mahalagang punto dito ay ang kumpanya ay pag-aari ang buong supply chain layout, na nagbibigay-daan sa mas mahusay na kontrol sa kalidad at gastos.

Handa na ngayon ang BYD na ilunsad ang bagong henerasyon ng Blade battery para sa mga EV ngayong taon, na gagamitin sa mga hinaharap na sasakyan ng kumpanya. Ang unang henerasyon ng Blade battery ay ipinakilala ng BYD noong 2020, at ang kasalukuyang henerasyon ay ginagamit ng BYD upang paganahin ang mga EV nito pati na rin ng ibang automaker tulad ng Tesla (TSLA ), Toyota (TM ), Ford (F ), Kia, at Hyundai.

Kung ihahambing sa tradisyonal na lithium-ion batteries, ang mga lithium-ion phosphorus (LFP) batteries na ito ay mas cost-effective at nakatulong sa BYD na magpakilala ng budget EV models na nagpasigla ng kanilang paglago. Ang susunod na henerasyon ng Blade batteries ay magiging mas compact, efficient, safe, at mag-aalok ng mas mahabang saklaw.

Pagdating sa negosyo ng sasakyan ng kumpanya, nagbenta ang BYS ng rekord na bilang ng mga EV at hybrid sa buong mundo noong nakaraang taon, habang ang pinakamalaking kakumpitensya nito, ang Tesla, ay nagbenta ng 4.3 milyon. Ang pinakamabentang tagagawa ng kotse sa China ay aktwal na nagbenta ng 1.76 milyon na purong EVs noong 2024 habang humaharap ito sa matinding kompetisyon sa domestic market, na pinasigla ng daan-daang bilyong dolyar na government subsidies sa nakaraang dekada.

Tungkol sa kita ng kumpanya, para sa Q3 2024, ang Chinese electric vehicle maker, na huminto sa paggawa ng gasoline engine vehicles noong 2022, ay nag-ulat ng 11.5% na pagtaas sa net profit na umabot sa $1.63 bilyon habang ang kanilang revenue ay tumaas ng 24% taon-taon sa $28.24 bilyon.

Konklusyon

Ang mga baterya, isang mahalagang bahagi ng mga elektronikong gamit ngayon, pati na rin ng mga EV, intuitive cellular networks, at mga misyon sa malalim na kalawakan, ay nagtutulak ng teknolohikal na rebolusyon. Gayunpaman, ang mabilis na pagdami ng e-waste at ang pag-ubos ng mga hindi nababagong materyales ay nangangailangan na tayo ay bumuo ng mga produkto batay sa renewable natural resources, na nagiging sentro ng atensyon, tulad ng nakita natin ngayon kung saan ang mga mananaliksik ay lumilipat sa organikong materyales tulad ng kabute upang gumawa ng mga baterya.

Ang mga kabute, na matagal nang nagpapayaman sa buhay sa Earth at humuhubog sa ating hinaharap, ay nakaranas ng tumataas na interes dahil sa pagiging mga lider sa recycling at material transformation. Nag-aalok sila ng mga solusyon upang maisakatuparan ang green shift patungo sa isang bio-based circular economy, na nagtatanghal ng mga bagong konsepto upang matiyak ang kalusugan ng tao, halaman, at hayop.

Habang ang mga kabute ay nasuri at nagamit sa agrikultura, medisina, at biotechnology, ang pinakabagong pag-aaral ay nagmamarka ng malaking hakbang pasulong sa larangan ng material science at microbial electrochemistry. Ginagawa ito sa pamamagitan ng paggamit ng environment-friendly na mga materyales sa konstruksyon nito at paglikha ng mga oportunidad upang 3D print ng iba’t ibang cellulose-based na fungal electrodes para magamit sa microbial fuel cells.

Ang mga breakthrough tulad nito ay tumutugon sa mga mahahalagang hamon sa kapaligiran at nagbubukas ng mga bagong posibilidad para sa pagdidisenyo ng bio-based, high-performance na mga sistema ng imbakan ng enerhiya, na tumutulong sa atin na mas mapalapit sa pagkamit ng tunay na napapanatiling at circular na ekonomiya.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang baterya stocks.