Struja iz zemlje: mikrobi napajaju senzore i nude dugotrajnu alternativu baterijama

Tim istraživača sa Northwestern University razvio je mikrobiološku gorivnu ćeliju koja koristi mikroorganizme iz tla za proizvodnju električne energije namenjene niskopotrosnim uređajima. U radu objavljenom u januaru pokazano je da kompaktnе jedinicе, veličine tanke knjige, mogu napajati senzore za poljoprivredu i druge uređaje u Internetu stvari (IoT) — i u vlažnim i u suvim uslovima.

Kako to funkcioniše

Mikrobi u tlu prirodno stvaraju elektrone dok razlažu organski materijal. U mikrobiološkim gorivnim ćelijama taj tok elektrona se prikuplja i pretvara u merljivu električnu snagu. Ideja nije nova: prvi pokazatelji potiču od rada britanskog botanika Michaela Cressé Pottera iz 1911. godine, ali su tehnologija i optimizacija značajno napredovali.

Rezultati istraživanja

Istraživači su demonstrirali da ove jedinice mogu napajati senzore koji mere vlažnost tla i detektuju dodir prolaznih životinja — funkcije važne za preciznu poljoprivredu i praćenje. Tim je utvrdio da sistemi rade i u suvim i u vlažnim uslovima i da imaju duži radni vek u odnosu na neke postojeće tehnologije (oko 120% duže), što ukazuje na veću otpornost i pouzdanost u polju.

"Ovi mikrobi su svuda; već žive u tlu," rekao je George Wells, vanredni profesor građevinskog i ekološkog inženjerstva. "Nećemo napajati ceo grad ovom energijom. Ali možemo hvatati sitne količine energije za praktične, niskopotrosne primene."

Vođa istraživanja, Bill Yen, napominje da je izazov u tome što mikrobi zahtevaju kiseonik i vlagu i da je izlazna snaga relativno mala, što ograničava primenu na uređaje sa niskom potrošnjom. Ipak, kako je istakao, dokle god u tlu postoji organski ugljenik koji mikrobi razlažu, sistem može raditi veoma dugo — praktično neprekidno za potrebe malih senzora.

Zašto je to važno

Litijumske baterije danas napajaju mnoge uređaje, ali izvlačenje sirovina i odlaganje baterija stvaraju ekološke i društvene probleme. Mikro-baterije iz tla ne zahtevaju ekstrakciju rijetkih metala i mogu smanjiti količinu opasnog otpada ako se primene tamo gde je potrebna mala, trajna snaga: poljoprivredni senzori, udaljeni IoT čvorovi, praćenje životinja i sl.

Ograničenja i perspektiva

Iako su rezultati obećavajući, predstoji niz izazova pre šire primene: povećanje izlazne snage, standardizacija sistema, masovna proizvodnja i dugoročna stabilnost u različitim agro-ekološkim uslovima. Takođe je potrebno proceniti troškove instalacije i održavanja u poređenju sa drugim izvorima energije.

U međuvremenu, istraživanja u oblasti baterija i reciklaže (npr. korišćenje biogenih materijala za ekološkije elektrode) idu paralelno kako bi se smanjila zavisnost od tradicionalnih, ekološki problematičnih rešenja.

Zaključak: tehnologija zasnovana na mikroorganizmima iz tla ne predstavlja zamenu za električnu mrežu, ali može postati ključna, održiva opcija za stotine miliona malih, decentralizovanih uređaja koji trebaju dugotrajno i pouzdano napajanje.