Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti20.01.2024 Northwestern Universityn johtama tutkijaryhmä on kehittänyt uuden polttokennon, joka kerää energiaa maaperässä elävistä mikrobeista. Kenno voisi tuottaa sähköä tarkkuusmaataloudessa ja vihreässä infrastruktuurissa käytettäville maaperää tarkkaileville antureille. Tämä voisi mahdollisesti tarjota kestävän, uusiutuvan vaihtoehdon akuille, jotka sisältävät myrkyllisiä, syttyviä kemikaaleja, jotka huuhtoutuvat maahan, ovat täynnä konfliktien täyttämiä toimitusketjuja ja luovat jatkuvasti kasvavaa elektroniikkajäteongelmaa. Yhä laajenevan IoT-laitteiden käytön ratkaisuja etsittäessä tutkijat päätyivät maaperän mikrobipolttokennoihin. Niin kauan kuin maaperässä on orgaanista hiiltä mikrobeille maaperän hajoamiseen, polttokenno voi kestää ikuisesti. Maaperäpohjaiset mikrobipolttokennot (MFC) löydettiin jo vuonna 1911, ja ne toimivat kuin akku – anodilla, katodilla ja elektrolyytillä. Mutta sen sijaan, että käyttäisivät kemikaaleja sähkön tuottamiseen, MFC:t keräävät sähköä bakteereista, jotka luonnollisesti luovuttavat elektroneja läheisille johtimille. Kun nämä elektronit virtaavat anodista katodille, se muodostaa sähköpiirin. Mutta jotta mikrobiset polttokennot voisivat toimia ilman häiriöitä, niiden on pysyttävä hydratoituneina ja hapetettuina – mikä on hankalaa, kun ne haudataan maan alle kuivan maaperän sisään. "Vaikka MFC:t ovat olleet olemassa konseptina yli vuosisadan, niiden epäluotettava suorituskyky ja alhainen lähtöteho ovat estäneet pyrkimyksiä käyttää niitä käytännössä, erityisesti vähemmän kosteissa olosuhteissa", Yen sanoi. Tutkijoiden parhaiten suoriutunut prototyyppi toimi hyvin kuivissa olosuhteissa sekä vesistöissä olosuhteissa. Sen menestyksen salaisuus on sen geometria. Hiilihuovasta valmistettu anodi on vaakasuoraan maan pintaan nähden. Inertistä, johtavasta metallista valmistettu katodi on pystysuorassa anodin päällä. Vaikka koko laite on haudattu, pystysuora muotoilu varmistaa, että yläpää on tasainen maanpinnan kanssa. Ja reikä päällä ja tyhjä ilmakammio katodin rinnalla mahdollistavat tasaisen ilmavirran. Katodin alapää pysyy syvällä pinnan alla varmistaen, että se pysyy hydratoituna kosteasta, ympäröivästä maaperästä – vaikka pintamaa kuivuisi auringonvalossa. Tuloksena oleva polttokenno tuotti keskimäärin 68 kertaa enemmän tehoa kuin tarvittiin sen antureiden käyttämiseen. Se oli myös riittävän kestävä kestämään suuria muutoksia maaperän kosteudessa - hieman kuivasta täysin vedenalaiseen. Tutkijat sanovat, että kaikki komponentit maaperäiseen MFC:hen voidaan ostaa paikallisesta rautakaupasta. Seuraavaksi he suunnittelevat maaperäisen MFC:n kehittämistä täysin biohajoavista materiaaleista. Molemmat mallit ohittavat monimutkaiset toimitusketjut ja välttävät konfliktimineraalien käyttöä. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.