«Зеленые» вычисления приобретают совершенно новый смысл: исследователи из Кембриджского университета разработали заполненную водорослями силовую ячейку, которая уже год успешно питает микропроцессор — и продолжает работать.
Это устройство предлагает альтернативу батареям или солнечным панелям для питания небольших устройств
Synechocystis — широко распространенный вид фотосинтезирующих сине-зеленых водорослей. Захватывая энергию солнца, эти водоросли генерируют очень слабый электрический ток. Клетка, заполненная до краев Synechocystis , использует алюминиевый электрод для подключения к этим биологически генерируемым токам и питания микропроцессора — части компьютера, которая выполняет вычисления.
Клетка, питаемая водорослями. Изображение предоставлено Паоло Бомбелли.
Система предназначена для того, чтобы доказать, что можно эксплуатировать небольшие электронные устройства чистым и устойчивым образом, используя только воду, окружающий свет и обычные недорогие материалы. Кроме того, он почти полностью пригоден для вторичной переработки!
Зарядка микропроцессора за счет фотосинтеза
«Растущий Интернет вещей требует все большего количества энергии, и мы думаем, что это должно исходить от систем, которые могут генерировать энергию, а не просто хранить ее, как батареи», — сказал профессор Кристофер Хоу с кафедры биохимии Кембриджского университета. совместный старший автор статьи.
«Наше фотосинтетическое устройство не разряжается так, как батарея, потому что оно постоянно использует свет в качестве источника энергии».
Элемент водорослей сравним по размеру с батареей типа АА и разработан таким образом, чтобы его можно было легко воспроизвести и производить в массовом порядке. Его изобретатели предполагают, что сотни тысяч таких батарей питают устройства Интернета вещей по всему миру. Обладая невероятно высокой степенью автономности для системы выработки электроэнергии, команда считает, что она будет наиболее полезна в автономных или удаленных местах, где даже небольшое количество энергии может иметь огромное значение.
Интернет вещей (IoT) — это обширная и постоянно растущая сеть электронных устройств, которые собирают и обмениваются данными в режиме реального времени через Интернет. По оценкам, миллиарды устройств являются частью IoT, и они варьируются от обычных, таких как умные часы, до нишевого и специализированного оборудования, такого как датчики на электростанциях. И, по оценкам, количество таких устройств в будущем будет быстро увеличиваться. Клетка водорослей призвана дать разработчикам источник энергии, который может надежно питать такие устройства в любом месте.
В эксперименте по проверке концепции команда использовала клетку водоросли для питания микропроцессора Arm Cortex M0+, который часто используется для обеспечения вычислительной мощности в устройствах Интернета вещей. Тестировался как в домашних, так и в полуоткрытых условиях при естественном освещении и естественных колебаниях температуры. В непрерывном использовании находился полгода.
Долговечность ячейки также стала долгожданным сюрпризом
Команда сообщает, что была «впечатлена» тем, насколько постоянным был поток энергии, обеспечиваемый клеткой. Долговечность ячейки также стала долгожданным сюрпризом, поскольку команда изначально предполагала, что она будет работать только в течение нескольких недель.
Клетка не нуждается в каком-либо питании, так как водоросли производят свою пищу посредством фотосинтеза. Он может даже продолжать производить энергию в темное время суток. Исследователи полагают, что это связано с тем, что водоросли перерабатывают некоторые питательные вещества даже в темноте, обеспечивая стабильную подачу электрического тока в это время.
Такой элемент питания открывает путь к альтернативному методу питания устройств IoT — традиционный подход с использованием литий-ионных аккумуляторов, по мнению команды, был бы непрактичным. Такой подход потребует в три раза больше лития, чем ежегодно производится во всем мире, объясняют они. Традиционные солнечные элементы, которые могли бы стать жизнеспособной альтернативой, требуют использования опасных материалов, могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду и производить энергию только под воздействием прямых солнечных лучей.
Газета «П. Бомбелли и др. «Зарядка микропроцессора за счет фотосинтеза» была опубликована в журнале Energy & Environmental Science .
