Baterie z ziemi i bakterii, które działają wiecznie. Oto przyszłość energetyki

Glebowe mikrobiologiczne ogniwa paliwowe (SMFC) są obiecującym odnawialnym źródłem energii, które jest biokompatybilne i opłacalne w trudnych środowiskach, w których tradycyjne baterie i panele słoneczne nie sprawdzają się.

Nowe ogniwo paliwowe opracowali naukowcy z Northwestern University. Technologia zasilana jest całkowicie z gleby przez mikroby w niej żyjące i może dostarczać energię do przeróżnych urządzeń. Może to potencjalnie zapewnić alternatywę dla baterii, które zawierają toksyczne, łatwopalne chemikalia przedostające się do ziemi i przyczyniają się do stale rosnącego problemu odpadów elektronicznych.

Więcej o ciekawych pomysłach na energię przyszłości znajdziesz na Spider`s Web:

Aby przetestować nowe ogniwo paliwowe, badacze wykorzystali je do zasilania czujników mierzących wilgotność gleby i wykrywających ruch. Naukowcy wyposażyli też czujnik gruntowy w małą antenę, która przesyła dane do sąsiedniej stacji bazowej. Ogniwo paliwowe nie tylko działało zarówno w mokrej, jak i suchej ziemi, ale jego moc przewyższała alternatywne technologie o 120 proc.

Spowodowana przez człowieka degradacja klimatu i eksplozja odpadów elektronicznych zmusiły społeczność informatyczną do poszukiwania fundamentalnych alternatyw dla obecnych, zasilanych bateryjnie, wszechobecnych urządzeń komputerowych, które wymagają ciągłej wymiany i ładowania. 

Poszukując rozwiązań, naukowcy przyjrzeli się glebowym mikrobiologicznym ogniwom paliwowym, które wykorzystują specjalne drobnoustroje do rozkładu gleby i wykorzystują niewielką ilość energii do zasilania czujników. Jeśli w glebie znajduje się węgiel organiczny, który umożliwia mikroorganizmom rozkład, ogniwo paliwowe może potencjalnie działać wiecznie.

Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe (MFC) nie są wynalazkiem nowym. Pojawiły się po raz pierwszy w 1911 r. Działają jak akumulator - z anodą, katodą i elektrolitem. Zamiast jednak wykorzystywać chemikalia do wytwarzania energii elektrycznej, MFC pobierają ją od bakterii, które w naturalny sposób przekazują elektrony pobliskim przewodnikom. Kiedy te elektrony przepływają z anody do katody, tworzy się obwód elektryczny.

Aby jednak mikrobiologiczne ogniwa paliwowe mogły działać bez zakłóceń, muszą pozostać nawodnione i natlenione, co jest trudne, gdy są zakopane pod ziemią. Chociaż koncepcja MFC istnieje od ponad stulecia, ich zawodna wydajność i niska moc wyjściowa utrudniały wysiłki zmierzające do ich praktycznego wykorzystania, szczególnie w warunkach niskiej wilgotności.

Mając na uwadze te wyzwania, Bill Yen i jego zespół rozpoczęli dwuletnie badania nad opracowaniem praktycznego i niezawodnego MFC na bazie gleby. Prototyp o najlepszych parametrach działał dobrze w suchych warunkach, a także w środowisku podmokłym. Sekret jego sukcesu: geometria. Zamiast tradycyjnej konstrukcji, w której anoda i katoda są do siebie równoległe, w zwycięskim ogniwie paliwowym zastosowano konstrukcję prostopadłą.

Powstałe ogniwo paliwowe generowało średnio 68 razy więcej mocy, niż było to potrzebne do działania czujników. Jest również wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać duże zmiany wilgotności gleby - od nieco suchej (41 proc. wody) do całkowicie pływającej w wodzie.

Wyniki badania opublikowano 12 stycznia. Autorzy udostępnili także publicznie wszystkie projekty, samouczki i narzędzia symulacyjne, aby inni mogli korzystać z wyników badań i samodzielnie zbudować podobne urządzenia.

Naukowcy twierdzą, że wszystkie komponenty do gruntowych MFC można kupić w lokalnym sklepie z narzędziami. Następnie planują opracować glebowe MFC wykonane z materiałów w pełni biodegradowalnych.

Główna ilustracja: Glebowe mikrobiologiczne ogniwa paliwowe (SMFC). Fot. Northwestern University