دستگاهی که از خاک انرژی بیپایان تولید می کند

به گزارش ایسنا، تیمی از دانشگاه نورث وسترن راه را برای تولید الکتریسیته نشان داده اند. آنها به یک کتاب را می‌اندازند که روی خاک قرار می‌گیرد و نیرویی را که در اثر شکستن خاک توسط میکروب‌ها ایجاد می‌کند (تا زمانی که کربن در خاک وجود داشته باشد) جمع آوری می‌کند، معرفی می‌کنند.

به نقل از نیو اطلس، سلول‌های سوختی میکروبی، عللی که از نامشان پیداست، بیش از صد سال است که دارند. آنها شبیه به یک باتری، با آند، کاتد و الکترولیت کار می‌کنند، اما به جای گرفتن الکتریسیته از منابع شیمیایی، با باکتری‌هایی کار می‌کنند که به‌طور طبیعی الکترون‌ها را به‌رسانه‌های مجاور اهدا می‌کنند.

این پیل سوختی تازه اختراع شده برای تولید انرژی به میکروبهای طبیعی موجود در خاک که در همه جا حاضر هستند، متکی است.

این دستگاهی که از خاک نیرو می‌گیرد، جایگزین مناسبی برای باتری‌های حسگرهای زیرزمینی است که برای کشاورزی کشاورزی می‌شوند.

پیل سوختی میکروبی(MFC) یا پیل سوختی بیولوژیکی یک سیستم بیوالکتروشیمیایی است که با تقلید از فعالیت‌هایی است که در طبیعت انجام می‌شود، جریان الکتریکی تولید می‌کند. سلول سوختی میکروبی نوعی از سیستم سلول‌های سوختی بیوالکروشیمیایی است که جریان الکتریکی را با منحرف کردن الکترون‌های تولید می‌کند از میکروب‌های ترکیبات کاهش یافته تولید می‌شود. قبول کننده الکترون نیز معروف است) بر روی کاتد از طریق یک مدار الکتریکی خارجی تولید می‌کند.

پیل‌های سوختی را می‌توان به دو دسته کلی «با واسطه و بدون واسطه» تقسیم کرد. پیل‌های سوختی که در اوایل قرن بیستم به درآمد می‌رسند، از یک وسیله استفاده می‌کنند که اولین ماده شیمیایی بود که الکترون‌ها را از سلول‌های موجود در سلول به آن منتقل می‌کند. پیل‌های سوختی بدون واسطه در دهه ۱۹۷۰ ظهور کردند. در این نوع پیل سوختی، باکتری‌ها معمولاً دارای فعال‌های الکتروشیمیایی مانند سیتوکروم‌ها بر روی غشای خارجی خود هستند که می‌توانند الکترون‌ها را مستقیماً به آن منتقل کنند.

پژوهشگران دانشگاه نورث وسترن دوام پیل سوختی قدرتمند خود را می‌سازند و آن را در برابر شرایط مختلف محیطی از جمله خاک خشک و مناطق مستعد سیل نشان دادند.

موضوع تامین آب و آنها در حالی که در خاک مدفون شده است، بوده است. بیل ین، فارغ از التحصیل دانشگاه نورث وسترن و سرپرست این پروژه می‌گوید: این دستگاه‌ها بیش از یک قرن است که به عنوان یک مفهوم وجود داشته باشد، اما عملکرد نامطمئن و توان خروجی از کار را دارد. بلند کرده بود.

بنابراین، این تیم شروع به ایجاد طرح جدید با هدف دسترسی به سلول‌ها می‌کند و با طرحی به شکل کارتریج که به صورت عمودی روی یک دیسک افقی قرار می‌گیرد، به موفقیت دست پیدا می‌کند.

آند نمدی کربن دیسکی شکل به صورت افقی در پایین دستگاه قرار دارد و در اعماق خاک می‌رود، جایی که می‌تواند الکترونها را در حالی که میکروبها خاک را تجزیه می‌کنند، جذب کند.

در همین حال، کاتد فلزی رسانا به صورت عمودی در بالای آند قرار دارد. بنابراین قسمت پایین به اندازه کافی به عمق می‌رود که به عمق خاک عمقی داشته باشد، در حالی که قسمت بالایی همسطح با سطح زمین قرار می‌گیرد و یک شکاف کلاهک هوای تازه در تمام طول الکترود می‌گذرد و یک محافظ در بالا مانع از ریزش خاک و می‌شود و دسترسی به کاتد را قطع می‌کند. بخشی از کاتد نیز با یک ماده عایق آب پوشانده شده است، به طوری که هنگام حضور آب، هنوز یک بخش آبگریز از کاتد در تماس با تماس است تا پیل سوختی کار کند.

پژوهشگران از مواد ضد آب بر روی سطح کاتد استفاده کردند که به آن اجازه می‌دهد در هنگام سیلاب نیز کار کند و خشک شود پس از غوطه‌وری در آب را تضمین می‌کند.

جورج ولز، نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: این میکروب‌ها همه جا هستند. آنها در حال حاضر در همه جا در خاک زندگی می‌کنند و ما می‌توانیم از سیستم‌های مهندسی بسیار ساده برای گرفتن برق از آنها استفاده کنیم. ما قرار نیست کل شهرها را با این انرژی تامین کنیم، اما می‌توانیم بسیار کمی از انرژی را برای سوخترسانی به کاربردهای لازم و کم‌مصرف جذب کنیم.

در حالی که مواد شیمیایی باقی مانده از باتری ها می توانند به طور بالقوه به خاک نفوذ کنند. در حالی که این فناوری جدید یک جایگزین سازگار با محیط زیست است که از نگرانی‌های زیست محیطی مرتبط با اجزای خطرناک باتری‌ها می‌شود و قابل احتراق نیز نیست.

این طرح در آزمایش به طور مداوم در سطوح مختلف خاک، کاملاً در آب به نسبت خشک، موفق عمل می‌کند و به طور متوسط ​​انجام می‌شود، حدود ۶۸ برابر بیشتر از آنچه حسگرهای آن برای کارنشان نیاز دارند، انرژی تولید می‌کند. همچنین آنقدر قوی بود که از افزایش شدید خاک جان سالم به در برد.

سایر منابع تولید برق مانند باتری های الماس بتاولتائیک که با استفاده از انرژی های ساخته شده می شوند، میزان برق تولید می شود در اینجا برای راه اندازی یک خودرو یا تامین انرژی یک گوشی هوشمند، بلکه بیشتر برای تامین انرژی حسگرهای کوچک می توان استفاده کرد که می توان آن را افزایش داد. مدت بدون نیاز به تعویض کارکردن.

علاوه بر این، پژوهشگران حسگر خاک را به یک آنتن کوچک وصل کردند تا امکان ارتباط بی‌سیم را فراهم کنند. این کار به پیل سوختی اجازه داد با انعکاس سیگنال‌های فرکانس رادیویی موجود، داده‌ها را به یک ایستگاه نزدیک منتقل کند.

قابل توجه است که این پیل سوختی خاکی با ضریب ۱۲۰ درصد عملکرد بهتری از فناوری مشابه دارد.

بیل این می‌گوید: اگر آینده‌ای را با تریلیون‌ها دستگاه‌هایی بسازیم، نمی‌توانیم همه آنها را از لیتیوم، فلزات سنگین و سمومی که برای محیط زیست خطرناک هستند، بسازیم. ما جایگزین‌هایی بسازیم که باید انرژی کم انرژی را برای تامین انرژی یک شبکه غیرمتمرکز از دستگاه‌ها تامین‌کننده بسازیم. ما در جستجوی راه حل، به سلول‌های سوختی میکروبی خاک روی آوردیم که از میکروب‌های ویژه برای تجزیه خاک و استفاده از آن مقدار کم انرژی استفاده می‌شود. تا زمانی که کربن آلی در خاک وجود داشته باشد تا میکروب ها تجزیه شوند، سلول سوختی ما به طور بالقوه می‌توان دوام بیاورد.

بنابراین، حسگرهایی مانند این می‌توانند برای کشاورزانی که به نظارت بر عناصر مختلف خاک شامل مواد مغذی، آلاینده‌ها و غیره می‌پردازند، می‌شوند و برای استفاده از یک فناوری کاربردی مفید برای تحقیقات پزشکی بر روی فناوری بسیار باشند. بنابراین، اگر این نوع را در اطراف مزرعه خود قرار دهید، می‌توان سال‌ها را انجام داد و شاید حتی چند دهه برای شما تولید کنند.

گفتنی است که طبق گفته تیم تحقیقاتی، تمام اجزای این دستگاه را می‌توان از فروشگاه‌های سخت افزاری خریداری کرد. بنابراین هیچ مشکلی در زنجیره تامین یا مواد برای ایجاد تجاری این محصول وجود ندارد.

این پژوهش در مجله ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies منتشر شده است.

انتهای پیام