Przejdź do treści

Naukowcy opracowali baterię na bazie cyjanobakterii, która przez pół roku zasilała komputer

Spis treści

Naukowcy z Wielkiej Brytanii wykorzystali szeroko rozpowszechniony gatunek sinic do zasilania komputera. Ich system ma potencjał stać się tanim i odnawialnym sposobem zasilania małych urządzeń elektrycznych. W testach cyjanobakterie przez sześć miesięcy dostarczały energię do komputera, który w tym czasie obliczał sumę kolejnych liczb całkowitych w celu symulacji pracy pod obciążeniem.

W pojemniku niewiele większym od baterii AA, wykonanym z aluminium oraz tworzywa sztucznego, naukowcy z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii umieścili sinice Synechocystis, które w naturalny sposób pozyskują energię słoneczną poprzez fotosyntezę. Generowany przez nie niewielki prąd elektryczny przez sześć miesięcy był wykorzystywany do zasilania mikroprocesora.

Opis urządzenia i wyniki testów zostały opublikowane w „Energy & Environmental Science” (DOI: 10.1039/D2EE00233G).

Sinice jako żywe źródło energii

Projekt rozwijany przez badaczy z Cambridge ma na celu dostarczenie nowej opcji zasilania dla małych urządzeń elektronicznych. Nieustanny rozwój i gwałtowny postęp technologiczny w ostatnich latach oznacza, że potrzebne jest coraz więcej mocy. Baterie są dobre, ale mają swoje ograniczenia. Ponadto nie tylko zwiększają masę urządzenia, ale wymagają kosztownych i toksycznych substancji. Dlatego badacze myśleli o stworzeniu „żywego źródła energii”, które przekształca materiał dostępny w naturze w ekologiczne i proste ogniwo energetyczne.

System przez nich opracowany wykonany jest z łatwo dostępnych i niedrogich materiałów, które w dużej mierze nadają się do recyklingu. Oznacza to, że można go łatwo replikować, aby zasilać dużą liczbę małych urządzeń w ramach chociażby Internetu Rzeczy. Naukowcy twierdzą, że prawdopodobnie będzie najbardziej przydatny w miejscach, gdzie nie ma dostępu do sieci.

– Rozwijający się Internet Rzeczy potrzebuje coraz większej ilości energii i uważamy, że będzie ona musiała pochodzić z systemów, które mogą generować energię, a nie po prostu przechowywać ją jak baterie – powiedział profesor Christopher Howe z Wydziału Biochemii Uniwersytetu Cambridge, współautor publikacji. – Nasze urządzenie fotosyntetyczne nie wyczerpuje się tak, jak bateria, ponieważ nieustannie wykorzystuje światło jako źródło energii – dodał.

Urządzenie fotosyntetyczne

Sinice nie potrzebują dokarmiania, bo w procesie fotosyntezy wytwarzają sobie pożywienie. Wystarczy im zapewnić odpowiednie warunki, a te będą generować energię bez uzupełniania składników odżywczych, dlatego opracowane urządzenie fotosyntetyczne nie wyczerpuje się z energii, ponieważ czerpie energię ze światła słonecznego.

Instalacja na bazie cyjanobakterii była w stanie zapewnić energię komputerowi przez sześć miesięcy. System pracował w warunkach domowych, w naturalnym świetle. Był też narażony na typowe dla gospodarstwa domowego wahaniach temperatury.

Cyjanobakterie pozwoliły komputerowi działać w cyklach po 45 minut pracy, a następnie 15 minut w trybie gotowości. Komputer nie wykonywał jednak skomplikowanych działań. Obliczał sumę kolejnych liczb całkowitych w celu symulacji pracy obliczeniowej. System zużywał 0,3 mikrowata mocy w czasie pracy i 0,24 w czasie czuwania.

W idealnych warunkach laboratoryjnych, wersja ogniwa wielkości baterii AA zdołała wyprodukować nieco ponad cztery mikrowaty. Zespół wierzy jednak, że może wycisnąć więcej z cyjanobakterii.

Energia także w nocy

– Byliśmy pod wrażeniem tego, jak konsekwentnie system działał przez długi czas. Początkowo sądziliśmy, że może się zatrzymać po kilku tygodniach, ale on po prostu działał — powiedział dr Paolo Bombelli z Wydziału Biochemii Uniwersytetu Cambridge, główny autor publikacji.

Nie jest jednak jasne, jak to się dzieje. Zespół uważa, że ​​najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że sinice uwalniają elektrony podczas procesu fotosyntezy. Co ciekawe, pomimo tego, że fotosynteza wymaga światła, urządzenie może wytwarzać energię nawet w okresach ciemności.

W doświadczeniach brak światła nie miał wpływu na moc. Ta była stabilna zarówno w dzień, jak i w nocy. Naukowcy uważają, że może to być spowodowane tym, że sinice przetwarzają część swojego pożywienia, gdy już Słońce zajdzie i nie ma światła, a to nadal generuje prąd elektryczny.

Internet rzeczy

Taka bateria z sinic jeszcze nie wystarczy do zasilania domu – skalowalność jest dopiero badana, ale z pewnością wystarczy do zasilania małych urządzeń, zwłaszcza w odległych lokalizacjach. W eksperymencie urządzenie zostało użyte do zasilania procesora Arm Cortex M0+, czyli mikroprocesora szeroko stosowanego w urządzeniach Internetu rzeczy.

Internet rzeczy to rozwijająca się sieć urządzeń elektronicznych, które gromadzą i udostępniają dane w czasie rzeczywistym za pośrednictwem internetu. Każde z takich urządzeń zużywa tylko niewielką ilość energii. Wiele miliardów urządzeń wykorzystujących tanie chipy komputerowe i sieci bezprzewodowe jest częścią tej sieci — od smartwatchów po czujniki temperatury w elektrowniach. Oczekuje się, że do 2035 r. liczba ta wzrośnie do jednego biliona urządzeń, co będzie wymagało ogromnej liczby przenośnych źródeł energii.

Naukowcy twierdzą, że zasilanie tylu urządzeń za pomocą baterii litowo-jonowych byłoby niepraktyczne: wymagałoby to trzy razy więcej litu niż rocznie produkuje się na całym świecie. Dodają też, że ich urządzenie jest lepsze niż tradycyjne urządzenia fotowoltaiczne, bo te są wykonane z materiałów, które mają niekorzystny wpływ na środowisko.

Eksperymenty zaczęły się w środku pandemii Covid-19. Od zakończenia eksperymentu w sierpniu 2021 r. bateria nadal wytwarza energię.

Źródło: University of Cambridge, fot. Paolo Bombelli

Udostępnij:

lub:

Podobne artykuły

Wirtualny Numer WhatsApp: Elastyczna i Bezpieczna Komunikacja

Dlaczego potrzebny Ci marketing internetowy?

16 organoidów mózgu połączonych w biokomputer

Wyróżnione artykuły

Popularne artykuły