Un generator electric de alge pentru a ne alimenta echipamentele electronice într-un mod ecologic

⇧ [VIDÉO] S-ar putea să vă placă și acest conținut de partener (după anunț)

Căutarea unor surse de energie verzi, durabile, fără impact semnificativ asupra mediului, este una dintre provocările majore ale timpului nostru. Schimbările climatice se accelerează, resursele se epuizează, în timp ce toate tehnologiile care leagă modul nostru de viață ultra-conectat și ecologia sunt în creștere. Recent, cercetătorii americani au demonstrat capacitatea anumitor alge de a menține un procesor de computer în stare de funcționare timp de aproape un an! Aceste rezultate promițătoare ar putea indica o potențială soluție la cererea în creștere de energie a echipamentelor noastre electronice.

Internetul lucrurilor (IoT) sau IOT în engleză (internetul Lucrurilor), este interconectarea dintre Internet și obiecte fizice, locuri și medii. Termenul desemnează un număr tot mai mare de obiecte conectate la Internet, permițând astfel comunicarea între așa-numitele bunuri fizice și existența lor digitală. Prin urmare, sunt necesare surse de energie durabile, accesibile și descentralizate pentru a alimenta această rețea de dispozitive electronice.

Consumul de energie al unui singur dispozitiv conectat la Internet este adesea modest, necesitând putere variind de la μW (microwatt) la mW (miliwatt). Însă numărul de dispozitive a ajuns deja la câteva miliarde și este de așteptat să ajungă la un trilion până în 2035, necesitând un număr mare de surse de energie portabile (baterii sau colectoare de energie). Cu toate acestea, bateriile se bazează în mare parte pe materiale scumpe și nesustenabile (elemente din pământuri rare), iar capacitatea lor de încărcare se epuizează în cele din urmă. Captatoarele de energie existente (solare, temperatura, vibratii) dureaza mai mult, dar pot avea efecte negative asupra mediului. În special, materialele periculoase sunt utilizate în producția de fotovoltaice.

În acest context, o echipă de la Universitatea din Cambridge, condusă de Christopher Howe de la Departamentul de Biochimie, a dezvoltat un sistem capabil să genereze energie cu alge. Munca lor a fost publicată în jurnal Energie și Știința Mediului.

Fotosinteza ca motor

Cu scopul de a crea un dispozitiv fotosintetic capabil să genereze energie pe cont propriu, echipa a analizat o algă netoxică numită Sinechocystis, sau „alge albastre-verzi”, folosite în special în cercetarea medicală. Folosește în mod natural energia soarelui prin fotosinteză și produce oxigen. Dar întrebarea a fost dacă acest lucru ar fi suficient pentru a alimenta dispozitivele electronice mici și asta, într-un mod durabil.

În termeni simpli, sistemul, comparabil ca dimensiune cu o baterie AA, conține algele care efectuează fotosinteza. Curentul electric slab astfel generat interacționează apoi cu un electrod de aluminiu și este folosit pentru a alimenta un microprocesor.

Într-un experiment, dispozitivul a fost folosit pentru a alimenta un Arm Cortex M0+, un microprocesor utilizat pe scară largă în dispozitivele conectate. Mai exact, sistemul alimentează doar procesorul Cortex-M0+ de pe cipul de testare, cu o putere minimă de 0,3 µW. Cardul electronic de testare verifică funcționarea procesorului și măsoară potențialul și intensitatea ieșirii electrice a dispozitivului fotosintetic. Datele sunt transferate într-un sistem cloud, printr-un Raspberry-pi și un router. Restul cipului de testare, altul decât procesorul Cortex-M0+ și toate celelalte componente electronice de pe placa de testare, Raspberry-pi și routerul sunt alimentate de la rețea.

Dispozitiv experimental cu dispozitivul fotosintetic, cardul de test, Raspberry-pi și conexiunea la Cloud. © C. Howe și colab., 2022.

Mai întâi, aparatul fotosintetic a fost testat în condiții de laborator cu expunere la lumină timp de 6 ore, apoi 6 ore de întuneric, la o temperatură constantă de 22°C. În al doilea rând, a funcționat într-un mediu casnic, cu condiții semi-exterior în lumină naturală și fluctuații de temperatură asociate. Ansamblul a produs, timp de șase luni, suficientă energie electrică pentru a funcționa procesorul. Acesta din urmă a funcționat în cicluri: 45 min în modul de calcul și 15 min în modul standby, pentru a simula utilizarea convențională.

ciclu de operare al procesorului de alge
Ciclul de funcționare al dispozitivului experimental. © C. Howe și colab., 2022.

Dr. Paolo Bombelli, de la Departamentul de Biochimie al Universității din Cambridge și autorul principal al studiului, a declarat într-o declarație: „ Am fost impresionați de cât de bine a funcționat sistemul pe o perioadă lungă de timp – ne-am gândit că s-ar putea opri după câteva săptămâni, dar a continuat să funcționeze. „. Într-adevăr, după cele 6 luni de experimentare, dispozitivul și-a continuat activitatea încă 6 luni, rezultând o durată totală de aproape un an.

Aplicații multiple, durabile și economice

Sistemul este realizat din materiale comune, ieftine și reciclabile pe scară largă. Aceasta înseamnă că ar putea fi reprodus cu ușurință de sute de mii de ori pentru a alimenta un număr mare de dispozitive mici ca parte a Internetului obiectelor. Cercetătorii cred că este probabil să fie cel mai util în situații în afara rețelei sau în locații îndepărtate, unde cantități atât de mici de putere de ieșire pot fi foarte utile. C. Howe subliniază: „ Aparatul nostru fotosintetic nu se descarcă ca o baterie, deoarece folosește în mod continuu lumina ca sursă de energie. “.

În plus, algele nu trebuie hrănite, deoarece își creează propria hrană în timpul fotosintezei. Și în ciuda faptului că fotosinteza necesită lumină, dispozitivul continuă să producă electricitate în perioadele de întuneric. Cercetătorii cred că acest lucru se datorează faptului că algele procesează o parte din hrana atunci când nu există lumină, care continuă să genereze curent electric.

Utilizarea altor materiale reciclabile, găsite din abundență pe Pământ, ar sprijini difuzarea acestei tehnologii în zonele în care energia este puțină și unde mijloacele financiare sunt la fel de rare. Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a opera această descoperire în vederea comercializării viitoare. De asemenea, pot face posibilă găsirea altor specii de alge cu un randament mai mare.

Sursa: Energy & Environmental Science

Add Comment