Algensysteem 'wordt' hernieuwbare biofotovoltaïsche cellen

Britse onderzoekers gebruikten een wijdverbreide blauwgroene alg om microprocessors een jaar lang van stroom te voorzien, waarbij ze alleen omgevingslicht en water gebruikten. Het systeem heeft het potentieel om kleine apparaten op een betrouwbare en regeneratieve manier van stroom te voorzien. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Energy and Environmental Science.

Het systeem is ongeveer zo groot als een AA-batterij en bevat een niet-giftige alg genaamd Synechocystis die op natuurlijke wijze energie van de zon oogst door middel van fotosynthese, waarbij kleine elektrische stroompjes worden geproduceerd die interageren met aluminiumelektroden en worden gebruikt om een ​​microprocessor aan te drijven die wordt aangedreven door.

Het systeem is gemaakt van gangbare, goedkope en grotendeels recyclebare materialen. Dat betekent dat het gemakkelijk honderdduizenden keren kan worden gerepliceerd om een ​​groot aantal kleine apparaten van stroom te voorzien als onderdeel van het internet der dingen. De onderzoekers zeggen dat het het nuttigst is in off-grid situaties of in afgelegen gebieden, waar een kleine hoeveelheid elektriciteit grote voordelen kan opleveren.

Mede-senior auteur van het artikel, professor Christopher Howe, Department of Biochemistry, University of Cambridge, VK, zei: "Het groeiende internet der dingen vereist steeds meer elektriciteit, en we denken dat dit moet komen van systemen die energie kunnen opwekken, niet zoiets als Het slaat energie net zo gemakkelijk op als een batterij." En dit fotosynthetische apparaat raakt niet leeg zoals een batterij, omdat het constant licht als energiebron gebruikt.

In experimenten werd bevestigd dat het apparaat op grote schaal wordt gebruikt om microprocessors in IoT-apparaten van stroom te voorzien. Het internet der dingen is een groot en groeiend netwerk van elektronische apparaten, die elk slechts een kleine hoeveelheid elektriciteit verbruiken, en realtime gegevens verzamelen en delen via internet. Met goedkope computerchips en draadloze netwerken maken miljarden apparaten deel uit van dat netwerk, van smartwatches tot temperatuursensoren in elektriciteitscentrales. Tegen 2035 zal dit aantal naar verwachting groeien tot een biljoen apparaten, waarvoor enorme hoeveelheden draagbare energie nodig zijn.

De onderzoekers leggen ook uit waarom het apparaat kan werken in een huiselijke omgeving of semi-buitenomstandigheden met natuurlijk licht en bijbehorende temperatuurschommelingen. De algen hoeven niet gevoerd te worden, ze produceren hun eigen voedsel tijdens fotosynthese, en hoewel fotosynthese licht nodig heeft, kan het apparaat zelfs in donkere omgevingen elektriciteit blijven opwekken omdat de algen wat voedsel blijven verwerken in afwezigheid van licht, en dit blijft stroom opwekken. Verslaggever Zhang Mengran

De complexiteit van IoT-stroomvoorziening gaat de verbeelding van mensen ver te boven. Veel van de bestaande oplossingen zijn niet langer toepasbaar: ten eerste werd het gebruik van lithium-ionbatterijen om biljoenen IoT-apparaten van stroom te voorzien als onpraktisch beschouwd omdat er drie keer zoveel lithium voor nodig is als de wereld jaarlijks produceert; ten tweede, traditionele fotovoltaïsche apparaten. Er zijn ook betwistbare problemen met de fabricagematerialen; en het stroomverbruik van IoT kan een zeer breed ingangsbereik vereisen met behoud van een hoog rendement zonder het systeem te oververhitten. In dit geval hebben wetenschappers hun aandacht gericht op fotovoltaïsche cellen van algen, die misschien niet noodzakelijk de mainstream-oplossing worden, maar meer opties bieden voor het maximaliseren van de prestaties bij langdurig gebruik en het minimaliseren van verliezen.