Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали компактное устройство для экологического мониторинга, энергию для работы которого вырабатывают бактерии.
Обычно на станциях экологического мониторинга используют множество датчиков, размещенных на большой территории, поэтому обеспечивать такие станции энергией сложно. Устройство петербургских ученых работает автономно, может передавать информацию с датчиков на расстояние около 10 километров и не требует частой замены аккумуляторов: энергию в батареях производят микроорганизмы, главное — обеспечить их комфортными условиями и едой.
Система состоит из биоаккумулятора, модуля обработки информации и устройства передачи данных. Батарея представляет собой герметичную камеру, заполненную почвой. Генерация энергии идет за счет метаболизма почвенных микроорганизмов в специальных микробных топливных элементах. Бактерии едят органику (например, сахара в почве) и выделяют отходы жизнедеятельности, которые содержат электроны. Они «бегут» по проводам и попадают на устройство, электроды которого погружены в почву.
Электрический ток получается слабым — напряжением всего 0,4 вольта. Ученые пытались увеличить размеры батарей, но к значительному увеличению напряжения это не привело. Поэтому энергию приходится накапливать в системе. Когда напряжение достигает 3 вольт, включается микроконтроллер. Он считывает данные с датчиков и отправляет их по радиосвязи оператору. Затем цикл повторяется: бактерии питаются, заряд накапливается, микроконтроллер включается.
По словам разработчиков, система сможет работать без обслуживания годами. Главное ограничение — температура окружающей среды: если воздух охладится ниже минус 15 градусов, бактерии станут менее активными, и генерация будет идти значительно медленнее. Поэтому устройство лучше подойдет для теплых регионов или для использования летом. С помощью нее можно будет собирать данные об атмосферном давлении, влажности, температуре, концентрациях веществ с удаленных или больших территорий — например, заповедников или сельхозугодий.
Систему протестировали на грунтах болотистой местности. Ученые ведут переговоры о внедрении разработки.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».