Naukowcy stworzyli komputer zasilany fotosyntetyzującymi sinicami. Działał przez pół roku!
Mikroprocesor zasilany energią pochodzącą od najprostszych jednokomórkowych organizmów żyjących na Ziemi działał przez ponad pół roku. Według naukowców, baterie oparte na sinicach są ekologiczne i mają bardzo duży potencjał rozwoju w przyszłości.
Twierdzenie, że komputery są wszechobecne, stało się oczywistością. Mikrokontrolery nie tylko znajdują się w laptopach i telefonach, ale także w lodówkach, pralkach, samochodach, czujnikach biometrycznych, zegarkach, implantach medycznych czy nawet zabawkach.
To bardzo uproszczone mikrokomputery, składające się z jednego układu scalonego. Kontrolują one różne urządzenia elektroniczne, często związane z tzw. Internetem Rzeczy (IoT). Lodówka prezentująca przepisy kulinarne czy opaska fitness to modne gadżety ułatwiające codzienne życie. Niemniej jednak rzadko zdajemy sobie sprawę z ekologicznych konsekwencji związanych z ich rosnącą popularnością.
Obecnie tak zwany Internet Rzeczy składa się z miliardów urządzeń. Do 2035 roku ich liczba na całym świecie ma przekroczyć biliard. Aby funkcjonować, muszą być wyposażone w baterie litowo-jonowe, które dostarczają im energii. Jednak produkcja tych baterii ma znaczący negatywny wpływ na środowisko.
Alternatywy dla baterii
Od wielu lat naukowcy poszukują nowych, przyjaznych dla środowiska źródeł energii. Duże oczekiwania niesie wykorzystanie energii słonecznej. Niemniej jednak dla małych urządzeń pracujących w odległych i trudno dostępnych miejscach, nawet ta forma energii może okazać się niewystarczająca.
Ogniwo fotowoltaiczne dostarcza energii urządzeniu w ciągu dnia, ale nie w nocy. Aby działało nieprzerwanie, musi być dodatkowo wyposażone w baterię, która przechowuje energię wyprodukowaną w ciągu dnia. To powoduje wzrost wagi i kosztów urządzenia.
Inżynierowie z Uniwersytetu Cambridge badają alternatywne rozwiązanie. W najnowszym wydaniu czasopisma naukowego „Energy & Environmental Science” opublikowali artykuł, w którym przedstawiają, jak zasilili prosty mikroprocesor za pomocą baterii opartej na sinicach. Co ważne, ich komputer wykonywał podstawowe operacje przez ponad pół roku bez potrzeby korzystania z jakiegokolwiek innego źródła energii.
Energia generowana przez sinice
Naukowcy wykorzystali sinice z rodzaju Synechocystis do generowania energii. Są to proste, jednokomórkowe organizmy należące do prokariotów. Prokarioty istnieją na Ziemi od około 2,6 miliarda lat. Nie posiadają jądra komórkowego ani organelli, takich jak mitochondria czy aparat Golgiego. Niemniej jednak, niektóre z nich mają zdolność do fotosyntezy. Używają światła słonecznego oraz dwutlenku węgla do wytwarzania energii i tlenu.
Naukowcy skonstruowali bioogniwo, które składało się z anody aluminiowej i kolonii sinic. Miało ono rozmiar baterii AA i było testowane w normalnym świetle laboratoryjnym. W takich warunkach sinice wytwarzały 4 mikrowaty prądu na centymetr kwadratowy. Choć to niewielka ilość, jednak biogenerator działał również w nocy, gdy światło było wyłączone. Wówczas sinice wytwarzały energię, wykorzystując wcześniej zgromadzone w komórkach rezerwy.
Jak długo działał mikroprocesor zasilany fotosyntezą?
Mikroprocesor zasilany w ten sposób działał przez sześć miesięcy. Utrzymywanie pracy mikroprocesora przez 45 minut, a następnie wyłączanie go na kwadrans, pozwoliło na efektywniejsze zarządzanie energią wyprodukowaną przez sinice. Długotrwałe działanie tego układu pokazuje potencjał takich biobaterii jako alternatywnego źródła zasilania dla urządzeń IoT w przyszłości.
Paolo Bombelli, biochemik i współautor badania, wspomina, że pierwotnie spodziewali się, że mikrokomputer będzie działać zaledwie przez kilka tygodni. Jednak okazało się, że dzięki zasilaniu z alg, urządzenie działało nieprzerwanie przez ponad pół roku.
Eksperci z branży naukowej zwracają uwagę na potencjał stworzonej przez nich biobaterii. Ze względu na swoją niską cenę i trwałość, biobaterie mogą być idealnym rozwiązaniem do stałego i długotrwałego zasilania urządzeń, nawet tych zlokalizowanych w oddalonych od sieci energetycznej miejscach. Co więcej, nie wymagają one użycia kosztownych i trudnych do utylizacji metali, co czyni je bardziej przyjaznymi dla środowiska.
Źródło: Energy&Environmental Science