A bioüzemanyag cella (ide temetve kupak nélkül) gyakorlatilag örökké működik megfelelő körülmények között.
© Northwestern University
A Földbe Temethető Bioüzemanyag-Cella: Többfunkciós Energiaforrás
Brit kutatók bemutatták a Földbe temethető bioüzemanyag-cellát, amelyet mikrobák segítségével működtetnek, és elektromosságot termel. Ez az innováció alkalmas arra, hogy energiát biztosítson több érzékelő számára, például a föld alatti érzékelők számára. A bioüzemanyag-cella nem tartalmaz mérgező vagy gyúlékony vegyszereket, így biztonságosan alkalmazható a földben.
A kutatók célja, hogy olyan érzékelőket fejlesszenek ki, amelyek mérhetik a páratartalmat és érzékelhetik a mozgást. Ez különösen fontos a mezőgazdaságban, ahol a páratartalom mérése segíthet optimalizálni a vízhasználatot, míg a mozgásérzékelők segíthetnek az elhaladó állatok azonosításában. Az érzékelők adatait apró antennák továbbítják egy bázisállomásra.
© Northwestern University
A mikrobák anyagcseréjük során elektronokat bocsátanak ki, amelyek kulcsfontosságúak az áramtermelésben.
De hogyan működik ez a fajta cella? A kutatók olyan mikrobákat alkalmaznak, amelyek lebontják a talajban lévő szénvegyületeket, és közben energiát hoznak létre. „Ezek a mikrobák szinte mindenütt jelen vannak a talajban” – mondja George Wells, a tanulmány vezető szerzője. „Amíg van szerves szén a talajban, amelyet a mikrobák le tudnak bontani, addig az üzemanyagcella potenciálisan örökké működhet” – teszi hozzá Bill Yen, a tanulmány másik vezetője.
A bioüzemanyag cellák már több mint száz éve ismertek. Felépítésük hasonló az akkumulátorokhoz, mivel anódból, katódból és elektrolitból állnak. Azonban nem vegyszereket használnak az energia tárolására, hanem a baktériumok saját maguk állítják elő az elektromos töltést, amikor lebontják a szerves szénvegyületeket, és ezzel elektronokat szabadítanak fel, amelyeket a környezetükbe bocsátanak. Amikor ezek az elektronok az anódról a katódra áramlanak, elektromos áram keletkezik.
Azonban ahhoz, hogy a mikrobák hatékonyan működjenek, bizonyos feltételeknek kell teljesülniük, mint például a nedvesség és az oxigén jelenléte. Ez különösen kihívást jelenthet, ha a mikrobák mélyen a földbe vannak temetve. „Bár a bioüzemanyag-cellák már több mint egy évszázada léteznek koncepcióként, alacsony és megbízhatatlan teljesítményük eddig megakadályozta a gyakorlati alkalmazást” – mondja Yen.
Így van kialakítva a bioüzemanyag cella:
A kutatók több prototípust teszteltek, és egy olyan megoldást találtak, amely kiváló teljesítményt nyújt mind száraz, mind nedves környezetben. Ennek a sikernek a titka az üzemanyagcella geometriájában rejlik. Ellentétben a hagyományos kialakítással, ahol az anód és a katód párhuzamosan helyezkedik el, ebben az új tervezésben az anód és a katód egymással merőlegesen helyezkedik el. Az anód egy grafit filc, amelyen a baktériumok ülnek, vízszintesen fekszik a felszínhez képest. A fém katód függőlegesen helyezkedik el a tetején.
© Northwestern University
Az egész cella annyira be van temetve, hogy csak a felső része lóg ki a talajból (lásd a képet). A fedett lyuk a tetején lehetővé teszi a levegő bejutását. A katód alsó vége mélyen a felület alatt helyezkedik el, így védett a nedves föld körülötte, ami biztosítja, hogy nedves maradjon, még akkor is, ha a felszín kiszárad.
© Northwestern University
Több áram termelődik, mint amennyire valójában szükség lenne az érzékelők működéséhez.
Az üzemanyagcella átlagosan 68-szor több áramot termel, mint amennyi az érzékelők működéséhez szükséges lenne. Emellett ellenáll a talajnedvesség változásainak is, legyen az akár enyhén száraz (41%-os nedvességtartalom), vagy teljesen víz alá merült. A bioüzemanyag-cella komponensei könnyen beszerezhetők a hagyományos vasáru boltokban. Ezen felül, a kutatók már terveznek egy olyan sejtet, amely teljes egészében biológiailag lebomló anyagokból készül.
