Ученые из Северо-Западного университета разработали инновационный топливный элемент. Он вырабатывает электричество, используя микроорганизмы, естественным образом обитающие в почве. Устройство размером с книгу в мягкой обложке предназначено для питания подземных датчиков, применяемых в точном земледелии и экологическом мониторинге, и может стать экологичной альтернативой традиционным батареям, пишет ScienceDaily.
Система, работающая от энергии почвы, успешно использовалась для питания датчиков влажности и устройств, реагирующих на прикосновение. Эта функция позволяет отслеживать передвижение животных по полю. Данные передаются по беспроводной связи с помощью энергоэффективной антенны.
«Количество устройств в Интернете вещей постоянно растет. Мы не можем производить триллионы датчиков из лития и токсичных металлов. Нам нужны альтернативы, которые используют местную энергию. Почвенные микробные топливные элементы могут работать практически вечно, пока в земле есть органический углерод», — объясняет Билл Йен, ведущий автор исследования.
В отличие от обычных батарей, новое устройство не содержит опасных веществ и не требует сложной утилизации, что снижает количество электронных отходов. Хотя сама технология микробных топливных элементов известна более ста лет, ее практическое применение было ограничено низкой мощностью и ненадежностью, особенно в сухой почве. Команда Северо-Западного университета решила эту проблему, изменив геометрию устройства.
В новой конструкции анод расположен горизонтально под землей, а катод — вертикально, уходя к поверхности. Это обеспечивает постоянный приток кислорода сверху и сохранение влажности снизу. Устройство показало стабильную работу как в сухих, так и в затопленных условиях. Его срок службы оказался на 120% больше, чем у аналогов.
Точное земледелие требует обширных сетей датчиков для контроля состояния почвы. Однако их питание — серьезная проблема: батареи разряжаются, а солнечные панели загрязняются и требуют света. «Фермеры не будут обходить сотни гектаров, чтобы менять батареи или чистить панели от пыли», — отмечают ученые.
Новый топливный элемент вырабатывает в 68 раз больше энергии, чем необходимо для работы датчиков, что делает его идеальным решением для автономных систем мониторинга. В перспективе специалисты планируют создать полностью биоразлагаемые версии устройства из доступных материалов, чтобы сделать технологию еще более экологичной и независимой от глобальных цепочек поставок.
Тем временем в России создали графеновый датчик, который ставит диагноз по выдыхаемому воздуху.