Raziskovalci so uporabili široko razširjeno vrsto modro-zelenih alg za neprekinjeno napajanje mikroprocesorja eno leto – in še več – z uporabo samo svetlobe iz okolja in vode. Njihov sistem ima potencial kot zanesljiv in obnovljiv način za napajanje majhnih naprav.
University of Cambridge
Sistem, ki je po kapaciteti primerljiv z AA baterijo, vsebuje vrsto nestrupene alge Synechocystis, ki s fotosintezo naravno pridobiva energijo iz sonca. Majhen električni tok, ki ga ustvari ta sistem, za delovanje potrebuje aluminijasto elektrodo in se uporablja za napajanje mikroprocesorja.
Sistem je izdelan iz običajnih, poceni materialov, ki jih je mogoče v veliki meri reciklirati. To pomeni, da bi ga bilo mogoče enostavno več sto tisočkrat ponoviti za napajanje velikega števila majhnih naprav, kot dela interneta stvari. Raziskovalci pravijo, da bo verjetno najbolj uporaben v situacijah izven omrežja ali na oddaljenih lokacijah, kjer so lahko majhne količine energije zelo koristne.
»Naraščajoči internet stvari potrebuje vse večjo količino energije in menimo, da bo ta energija morala priti iz sistemov, ki lahko proizvajajo energijo, namesto da bi jo preprosto shranjevali kot baterije,« je dejal profesor Christopher Howe z oddelka za biokemijo Univerze v Cambridgeu, skupni višji avtor prispevka.
Dodal je: “Naša fotosintezna naprava se ne izprazni tako, kot se izprazni baterija, saj nenehno uporablja svetlobo kot vir energije.”
V poskusu je bila naprava uporabljena za napajanje ARM Cortex M0+ mikrokontrolerja, ki se pogosto uporablja v napravah interneta stvari. Deloval je v domačem okolju in delno na prostem ob naravni svetlobi in s tem povezanimi temperaturnimi nihanji, po šestih mesecih neprekinjenega proizvajanja električne energije pa so bili rezultati predloženi v objavo.
»Navdušilo nas je, kako dosledno je sistem deloval v daljšem časovnem obdobju – mislili smo, da se bo po nekaj tednih ustavil, a je kar nadaljeval,« je povedal dr. Paolo Bombelli z oddelka za biokemijo Univerze v Cambridgeu, prvi avtor raziskave.
Alga ne potrebuje hranjenja, saj si s fotosintezo sama ustvarja hrano. In kljub dejstvu, da fotosinteza zahteva svetlobo, lahko naprava celo nadaljuje s proizvodnjo energije v obdobjih teme. Raziskovalci menijo, da je to zato, ker alge predelajo nekaj svoje hrane, ko ni svetlobe, in to še naprej ustvarja električni tok.
Internet stvari je obsežno in rastoče omrežje elektronskih naprav, ki zbirajo in delijo podatke v realnem času prek interneta. Vsaka od teh naprav uporablja le malo energije. Z uporabo poceni računalniških čipov in brezžičnih omrežij je več milijard naprav del tega omrežja – od pametnih ur do temperaturnih senzorjev v elektrarnah. Ta številka naj bi do leta 2035 narasla na bilijon naprav, kar bo zahtevalo ogromno število prenosnih virov energije.
Raziskovalci pravijo, da bi bilo napajanje bilijonov naprav interneta stvari z litij-ionskimi baterijami nepraktično: potrebovali bi trikrat več litija, kot se ga letno proizvede po vsem svetu. Tradicionalne fotovoltaične naprave so izdelane iz nevarnih materialov, ki utegnejo imeti škodljive vplive na okolje.
Delo je bilo opravljeno v sodelovanju med Univerzo v Cambridgeu in podjetjem ARM, podjetjem, ki vodi razvoj mikroprocesorjev. ARM Research je razvil ultra-učinkovit testni čip ARM Cortex M0+, izdelal razvojno ploščo in nastavil vmesnik v oblaku za zbiranje podatkov, predstavljen v poskusih.
Raziskavo je financiral Nacionalni center za inovacije biofilmov.
Študija je bila objavljena v reviji Energy & Environmental Science [1].
Fotografija: Univerza v Cambridgu
Viri:
1: https://doi.org/10.1039/D2EE00233G
Povzeto po: https://bit.ly/3OW34uc
