Исследователям из Кембриджского университета (Великобритания) удалось на шесть месяцев запустить компьютер, используя в качестве источника питания фотосинтетические генераторы энергии, получаемой от колонии водорослевых бактерий. Об этом сообщает интернет-издание Interesting Engineering (IE). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Кристофер Хоу из Кембриджского университета и его коллеги утверждают, что фотосинтетические генераторы энергии могут стать источником питания для ряда небольших устройств в будущем, избавив от необходимости использования редких и экологически проблемных материалов, применяемых в традиционных батареях. Важно, что бактерии во время фотосинтеза создают пищу и перерабатывают ее излишки, благодаря чему батарея может продолжать вырабатывать энергию и в темное время суток.
Тип цианобактерий под названием Synechocystis sp. PCC 6803 – широко известные как «сине-зеленая водоросль», которая производит кислород посредством фотосинтеза при воздействии солнечного света, была запечатан британскими исследователями в небольшой контейнер размером с батарейку типа АА, сделанный из алюминия и прозрачного пластика. Такая батарея из сине-зеленых водорослей обеспечивала при естественном освещении непрерывный электрический ток через анод и катод, которые управлялись микропроцессором.
Подключенный к этому источнику электропитания компьютер был размещен на подоконнике в одном из домов исследователей во время карантина из-за COVID-19 в 2021 году и оставался там шесть месяцев, с февраля по август. Компьютер работал циклами по 45 минут. Он использовался для вычисления сумм последовательных целых чисел для моделирования вычислительной нагрузки, для которой требовалось 0,3 микроватта мощности, и 15 минут в режиме ожидания, для которых требовалось 0,24 микроватта. Микроконтроллер измерял выходной ток устройства и сохранял эти данные в облаке для анализа исследователями.
Хоу предполагает, что есть две возможные теории относительно данного источника энергии. Либо бактерии сами производят электроны, что создает ток, либо они создают условия, при которых алюминиевый анод в контейнере подвергается коррозии, в результате химической реакции которой образуются электроны. Поскольку эксперимент прошел без какого-либо значительного разрушения анода, исследователи склонны считать, что именно бактерии производят большую часть тока.
В резюме исследования отмечено, что описываемая биофотоэлектрическая система сбора энергии, использующая фотосинтезирующие микроорганизмы на алюминиевом аноде, показала способность питать микропроцессор Arm Cortex M0+, широко используемый в приложениях Интернета вещей (IoT). Потребляемая мощность для одного устройства IoT невелика и колеблется от микро- до милливатт, но количество таких устройств уже в среднесрочной перспективе (к 2035 году) достигнет триллиона, что потребует огромного количества портативных, недорогих и устойчивых источников энергии.
Традиционные аккумуляторы в основном используют дорогие и не возобновляемые материалы (например, редкоземельные элементы). Существующие сборщики энергии (например, солнечные, температурные, вибрационные) служат дольше, но могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду (например, при производстве фотоэлектрических элементов используются опасные материалы).
Хоу считает, что предложенный концепт биофотоэлектрической системы сбора энергии можно расширить, но необходимы дальнейшие исследования. По его словам, установка одного такого элемента питания не обеспечит достаточную мощность для системы «умного дома». Но это может успешно применяться в сельских районах стран с низким и средним уровнем дохода, в приложениях, где небольшое количество энергии может быть полезным, таких как датчики окружающей среды или зарядка мобильного телефона.
Исследователи считают, что эффективные устройства можно производить дешево, а коммерческое применение станет возможным в течение пяти лет. Они также обнаружили другие виды водорослей, которые создают более высокую мощность электротока.
Ранее мы сообщали, что корейские ученые создали беспроводное зарядное устройство для имплантов в теле.