Naukowcy zasilali prosty komputer fotosyntetyzującymi sinicami. Działał przez pół roku!

W tym artykule:

1. Czym zastąpić baterie?
2. Ile energii wytwarzały sinice?
3. Jak długo działał mikroprocesor na fotosyntezę?

Stwierdzenie, że komputery są wszędzie, stało się truizmem. Już nie tylko w laptopach i telefonach, ale również lodówkach, pralkach, samochodach, czujnikach biometrycznych, zegarkach, implantach czy zabawkach znajdują się mikrokontrolery.

Są to bardzo proste mikrokomputery, składające się z pojedynczego układu scalonego. Sterują różnego typu urządzeniami elektronicznymi, często należącymi do tzw. internetu rzeczy (IoT). Lodówka wyświetlająca nam przepisy czy opaska fitnessowa to modne gadżety ułatwiające życie. Jednak rzadko zdajemy sobie sprawę z ekologicznych konsekwencji ich rosnącej popularności.

Żywe baterie? Mogą powstać z roślin

Bateria, którą możesz wyhodować w donicznce, komputer z żywymi elementami. Brzmi zaskakująco? A jednak w przyszłości to może być możliwe.

Już w tej chwili internet rzeczy tworzą miliardy urządzeń. W 2035 r. ma być ich na całej planecie ponad biliard. By działały, muszą zostać wyposażone w baterie litowo-jonowe, które będą zapewniać im zasilanie. Ich produkcja jest jednak bardzo kosztowna ekologicznie.

Czym zastąpić baterie?

Naukowcy od dekad poszukują nowych, czystych ekologicznie źródeł zasilania. Wielkie nadzieje wiąże się z pozyskiwaniem energii słonecznej. Jednak dla małych urządzeń, które pracują w odległych i trudno dostępnych miejscach, nawet ona może nie być dobrym rozwiązaniem.

Ogniwo fotowoltaiczne zapewni urządzeniu energię w dzień, jednak nie w nocy. Jeśli ma działać przez cały czas, musi zostać dodatkowo wyposażone w baterię, która będzie przechowywała wytworzony za dnia prąd. To zwiększa ciężar i koszt urządzenia.

Baterie sodowe – czy są tańsze od litowych i bezpieczniejsze dla świata?

Baterie sodowe znacznie szybciej się ładują i nie szkodzi im rozładowanie do zera. Czy zrewolucjonizują sposób, w jaki magazynujemy energię?

Inżynierowie z Uniwersytetu Cambridge testują więc inne rozwiązanie. W najnowszym numerze czasopisma naukowego „Energy&Environmental Science” opublikowali pracę, w której opisują, jak zasilili prosty mikroprocesor baterią z sinicami. Co istotne, ich komputer wykonywał proste operacje przez ponad pół roku. I nie potrzebował do tego żadnego innego źródła zasilania.

Ile energii wytwarzały sinice?

Badacze zaprzęgli do pracy sinice z rodzaju Synechocystis. To proste, jednokomórkowe organizmy, które należą do prokariotów. Prokarioty istnieją na Ziemi od 2,6 mld lat. Nie mają jądra komórkowego ani organelli, takich jak mitochondria czy aparat Golgiego. Jednak niektóre z nich wykazują zdolność fotosyntezy. Wykorzystują światło słoneczne i dwutlenek węgla, by produkować energię i tlen.

Nowe panele fotowoltaiczne produkują także wodę. „Wysysają” ją z powietrza, nawet na pustyni

Czy można za jednym zamachem produkować elektryczność i czystą wodę? To właśnie robi nowy wynalazek saudyjskich uczonych.

Naukowcy zbudowali bioogniwo, które zawierało anodę z aluminium i kolonię sinic. Miało wielkość baterii AA i było testowane w zwykłym świetle w laboratorium. W takich warunkach sinice produkowały cztery mikrowaty prądu na centymetr kwadratowy. To niewiele. Jednak biogenerator działał również w nocy, gdy światło było wyłączane. Sinice produkowały wówczas energię, korzystając ze zgromadzonych wcześniej w komórkach zapasów.

Jak długo działał mikroprocesor na fotosyntezę?

Cztery mikrowaty wystarczyły, by biobateria zasilała mikroprocesor. Był to Arm Cortex M0+, często stosowany w mikrokontrolerach. Naukowcy zaprogramowali go tak, by wykonywał proste dodawania. Działał przez 45 minut, potem na kwadrans się wyłączał. Następnie cykl rozpoczynał się od początku.

– Myśleliśmy, że ten mikrokomputer będzie działał najwyżej kilka tygodni – mówi biochemik Paolo Bombelli, jeden z autorów pracy. – Jednak on chodził i chodził – dodaje. Jak się okazało, zasilanie z alg umożliwiło pracę prostego komputera przez ponad sześć miesięcy.

To był kluczowy moment w historii świata, ale kiedy do niego doszło?

Pojawienie się na Ziemi pierwszych form życia zdolnych do fotosyntezy doprowadziło do wzrostu tlenu w powietrzu. Naukowcy szacują, że dopiero po 400 milionach lat życie na naszej planecie mog...

Naukowcy podkreślają, że biobaterie w rodzaju tej, jaką zbudowali, mogą być przyszłością internetu rzeczy. Tanie i trwałe, mogłyby działać stale, długo i nawet w miejskich oddalonych od sieci energetycznych. Nie wymagają też stosowania drogich i trudnych do utylizacji metali.

Źródło: Energy&Environmental Science.