Надійний і відновлюваний біологічний фотоелемент

Надійний і відновлюваний біологічний фотоелемент


Ця система, що містить синьо-зелені водорості, безперервно живила мікропроцесор протягом року, використовуючи лише навколишнє світло та воду. Авторство: Паоло Бомбеллі

Обчислення на основі водоростей

Вчені використовували широко розповсюджений вид синьо-зелених водоростей для безперервного живлення мікропроцесора протягом року — і підраховуючи — не використовуючи нічого, крім навколишнього світла та води. Їхня система має потенціал як надійний і поновлюваний спосіб живлення невеликих електронних пристроїв.

Система, за розміром порівнянна з батарейкою АА, містить тип нетоксичних водоростей, які називаються Синехоцист який природним чином отримує енергію від сонця за допомогою фотосинтезу. Крихітний електричний струм, який він створює, потім взаємодіє з алюмінієвим електродом і використовується для живлення мікропроцесора.

«Наш фотосинтетичний пристрій не розряджається так, як акумулятор, тому що він постійно використовує світло як джерело енергії». — Кріс Хоу

Система виготовлена ​​зі звичайних, недорогих і переважно переробних матеріалів. Це означає, що його можна легко повторити сотні тисяч разів для живлення великої кількості невеликих пристроїв як частини Інтернету речей. Дослідники кажуть, що це, ймовірно, буде найбільш корисним у позамережевих ситуаціях або віддалених місцях, де невелика кількість електроенергії може бути дуже корисною.

«Інтернет речей, що розвивається, потребує все більшої кількості енергії, і ми думаємо, що це має надходити від систем, які можуть генерувати енергію, а не просто зберігати її як батареї», – сказав професор Крістофер Хоу з кафедри біохімії Кембриджського університету. спільний старший автор статті.

Він додав: «Наш фотосинтетичний пристрій не розряджається так, як акумулятор, тому що він постійно використовує світло як джерело енергії».

В експерименті пристрій використовувався для живлення Arm Cortex M0+, який є мікропроцесором, який широко використовується в пристроях Інтернету речей. Він працював у домашньому середовищі та в напіввідкритих умовах при природному освітленні та пов’язаних з цим коливаннях температури, і після шести місяців безперервного виробництва електроенергії результати були представлені для публікації.

Дослідження опубліковано 12 травня 2022 року в журналі Енергетика та наука про навколишнє середовище.

«Ми були вражені тим, наскільки стабільно система працювала протягом тривалого періоду часу – ми думали, що вона може припинитися через кілька тижнів, але вона просто продовжувала працювати», – сказав доктор Паоло Бомбеллі з кафедри біохімії Кембриджського університету, перший автор папір, документ.

Водорості не потребують підгодівлі, тому що під час фотосинтезу вона створює собі їжу. І незважаючи на те, що для фотосинтезу потрібне світло, пристрій може навіть продовжувати виробляти енергію в періоди темряви. Дослідники вважають, що це відбувається тому, що водорості переробляють частину їжі, коли немає світла, і це продовжує генерувати електричний струм.

Інтернет речей – це величезна мережа електронних пристроїв, що розвиваються, кожен з яких використовує лише невелику кількість енергії, які збирають і обмінюються даними в реальному часі через Інтернет. Використовуючи недорогі комп’ютерні чіпи та бездротові мережі, багато мільярдів пристроїв є частиною цієї мережі — від розумних годинників до датчиків температури на електростанціях. Очікується, що до 2035 року ця цифра зросте до одного трильйона пристроїв, які потребують великої кількості портативних джерел енергії.

Дослідники кажуть, що живлення трильйонів пристроїв Інтернету речей за допомогою літій-іонних батарей було б непрактичним: для цього знадобиться втричі більше літію, ніж виробляється в світі щорічно. А традиційні фотоелектричні пристрої виготовляються з використанням небезпечних матеріалів, які мають несприятливий вплив на навколишнє середовище.

Робота була результатом співпраці Кембриджського університету та компанії Arm, яка займається розробкою мікропроцесорів. Arm Research розробила надефективний тестовий чіп Arm Cortex M0+, побудувала плату та налаштувала хмарний інтерфейс збору даних, представлений в експериментах.

Довідка: «Підключення мікропроцесора за допомогою фотосинтезу» П. Бомбеллі, А. Саванта, А. Скарампі, С. Дж. Л. Роудена, Д. Г. Гріна, А. Ербе, Е. Орстёля, І. Євремовича, М. Ф. Хоманна-Маріотта, С. П. Трасатті, Е. Озер і Сі Джей Хоу, 12 травня 2022 р., Енергетика та наука про навколишнє середовище.
DOI: 10.1039/D2EE00233G

Дослідження профінансовано Національним інноваційним центром біоплівок.





Source link

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.