Palivový článok vyrába vďaka baktériam z pôdy čistú energiu

Tím zo Severozápadnej univerzity demonštroval nový pozoruhodný spôsob výroby elektrickej energie pomocou zariadenia vo veľkosti brožúrky, ktoré sa uhniezdi v pôde a získava energiu, ktorá vzniká pri rozkladaní zeminy mikróbmi, pokiaľ je v pôde uhlík. Mikrobiálne palivové články, ako sa nazývajú, sú známe už viac ako 100 rokov. Fungujú trochu ako batérie s anódou, katódou a elektrolytom, ale namiesto toho, aby čerpali elektrinu z chemických zdrojov, pracujú s pôdnymi baktériami, ktoré prirodzene odovzdávajú elektróny blízkym vodičom.

Doteraz bolo problémom udržať ich zásobovanie vodou a kyslíkom, keď boli zakopané v zemi. Nespoľahlivosť a nízky výstupný výkon brzdili snahy o ich praktické využitie, najmä v podmienkach s nízkou vlhkosťou. Tím sa preto rozhodol vytvoriť niekoľko nových návrhov zameraných na zabezpečenie nepretržitého prístupu článku ku kyslíku a vode. Uspel s návrhom v tvare kazety, ktorá je vertikálne umiestnená na horizontálnom disku. Anóda z uhlíkovej plsti v tvare disku leží vodorovne na dne zariadenia, zakopaná hlboko v pôde, kde môže zachytávať elektróny, keď mikróby trávia nečistoty.

Vodivá kovová katóda sa nachádza vertikálne na vrchole anódy. Spodná časť je tak dostatočne hlboko, aby mala prístup k vlhkosti z hlbokej pôdy, zatiaľ čo horná časť je v jednej rovine s povrchom. Po celej dĺžke elektródy vedie medzera pre čerstvý vzduch a ochranný kryt na vrchnej strane zabraňuje padaniu nečistôt a úlomkov a obmedzuje prístup katódy ku kyslíku.

Časť katódy je potiahnutá hydroizolačným materiálom, takže keď sa zaplaví, hydrofóbna časť katódy je stále v kontakte s kyslíkom, aby sa palivový článok udržal v chode. Pri testovaní sa tento dizajn držal konzistentne na rôznych úrovniach pôdnej vlhkosti – od úplného zaplavenia až po „trochu suchú“ pôdu, iba so 41 % objemu vody. V priemere generoval asi 68-krát viac energie, než bolo potrebné na prevádzku jeho palubných systémov detekcie vlhkosti a dotyku a na prenos údajov cez malú anténu do neďalekej základňovej stanice. 

Rovnako ako pri iných superdlhodobých zdrojoch na výrobu energie, ako sú betavoltické diamantové batérie vyrobené s použitím jadrového odpadu, množstvo energie, ktoré sa tu vyrobí, nie je dostatočné na to, aby sa ním dalo poháňať auto alebo smartfón. Ide skôr o napájanie malých senzorov, ktoré dokážu fungovať dlhodobo bez nutnosti pravidelnej výmeny batérie. Takéto senzory by teda mohli byť veľmi užitočné pre farmárov, ktorí chcú monitorovať rôzne vlastnosti pôdy (vlhkosť, živiny, kontaminanty atď.) a uplatňovať prístup presného poľnohospodárstva založený na technológiách.

Po rozmiestnení niekoľkých desiatok takýchto zariadení okolo svojich pozemkov by majiteľ mohol mať zabezpečené generovanie údajov na roky, možno aj desaťročia. Azda najkrajšie na tom je, že všetky komponenty tohto dizajnu sa podľa výskumného tímu dajú bežne kúpiť v železiarstve. S rozsiahlou komercializáciou by teda nemali byť žiadne problémy. Výskum bol publikovaný v časopise Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.

Zdroj: newatlas.com.