Yenilenebilir ve güvenilir biyolojik fotosel

Yosunla çalışan bilgi işlem

Bilim adamları, bir mikroişlemciye bir yıl boyunca sürekli olarak güç sağlamak için geniş bir mavi-yeşil alg türü kullandılar ve bunu sadece ortam ışığı ve su kullanarak yaptılar. Sistemleri, küçük elektronik cihazlara güç sağlamak için güvenilir ve yenilenebilir bir yol olma potansiyeline sahiptir.

Bir AA pil ile karşılaştırılabilir boyutta olan sistem, adı verilen toksik olmayan bir tür alg içerir. senkron Doğal olarak fotosentez yoluyla güneşten enerji toplar. Ürettiği küçük elektrik akımı daha sonra bir alüminyum elektrot ile etkileşime girer ve bir mikroişlemciye güç sağlamak için kullanılır.

Sistem sıradan, ucuz ve çoğunlukla geri dönüştürülebilir malzemelerden yapılmıştır. Bu, Nesnelerin İnterneti’nin bir parçası olarak çok sayıda küçük cihaza güç sağlamak için yüz binlerce kez kolayca tekrarlanabileceği anlamına gelir. Araştırmacılar, şebekeden bağımsız durumlarda veya az miktarda elektrik gücünün en faydalı olabileceği uzak yerlerde daha faydalı olabileceğini söylüyorlar.

Cambridge Üniversitesi Biyokimya Bölümü’nden Profesör Christopher Howe, “Büyüyen Nesnelerin İnterneti, artan miktarda enerjiye ihtiyaç duyuyor ve bunun, piller gibi depolamak yerine enerji üretebilen sistemlerden gelmesi gerektiğine inanıyoruz” dedi. Makalenin eş kıdemli yazarı.

“Bizim fotosentetik aygıtımız pil gibi çalışmıyor çünkü enerji kaynağı olarak sürekli ışık kullanıyor.”

Deneyde cihaz, IoT cihazlarında yaygın olarak kullanılan bir mikroişlemci olan Arm Cortex M0+’a güç sağlamak için kullanıldı. Doğal ışık ve ilgili sıcaklık dalgalanmaları altında bir ev ortamında ve yarı açık koşullarda çalışan, altı aylık sürekli güç üretiminden sonra sonuçlar yayınlanmak üzere sunulmuştur.

Çalışma 12 Mayıs 2022’de dergide yayınlandı. Enerji ve Çevre Bilimleri.

Cambridge Üniversitesi Biyokimya Bölümü’nden Dr Paolo Bombelli, makalenin ilk yazarı.

Algler fotosentez yaparken kendi besinlerini oluşturdukları için beslenmeye ihtiyaç duymazlar. Ve fotosentez süreci ışık gerektirse de, cihaz karanlık dönemlerde enerji üretmeye devam edebilir. Araştırmacılar bunun, alglerin yiyeceklerinin bir kısmını ışık olmadığında işlemesinden ve bunun bir elektrik akımı üretmeye devam etmesinden kaynaklandığına inanıyor.

Nesnelerin İnterneti, İnternet üzerinden gerçek zamanlı veri toplayan ve paylaşan, her biri çok az güç kullanan elektronik cihazlardan oluşan geniş ve büyüyen bir ağdır. Düşük maliyetli bilgisayar çipleri ve kablosuz ağlar kullanarak, akıllı saatlerden enerji santrallerindeki sıcaklık sensörlerine kadar milyarlarca cihaz bu ağın bir parçasıdır. Bu sayının 2035 yılına kadar çok sayıda taşınabilir güç kaynağı gerektiren bir trilyon cihaza yükselmesi bekleniyor.

Araştırmacılar, trilyonlarca IoT cihazını lityum iyon pillerle çalıştırmanın pratik olmayacağını söylüyorlar: Dünya çapında yıllık olarak üretilenden üç kat daha fazla lityuma ihtiyaçları olacak. Konvansiyonel PV cihazları, olumsuz çevresel etkileri olan tehlikeli maddeler kullanılarak üretilir.

Çalışma, Cambridge Üniversitesi ile önde gelen bir mikroişlemci tasarım firması olan Arm arasındaki bir işbirliğiydi. Arm Research, ultra verimli Arm Cortex M0+ test çipini geliştirdi, kartı üretti ve deneylerde gösterilen verileri toplamak için bir bulut arayüzü hazırladı.

Referans: P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, D.H. Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, M. F. Hohmann-Marriott, S.P. Trasatti, E. Özer tarafından “Microprocessor Operation by photosenthesis” ve CJ Howe, 12 Mayıs 2022, Buradan ulaşabilirsiniz. Enerji ve Çevre Bilimleri.
DOI: 10.1039 / D2EE00233G

Araştırma, Biyofilmlerde Ulusal İnovasyon Merkezi tarafından finanse edildi.