Một nhóm các nhà nghiên cứu do Đại học Northwestern dẫn đầu đã phát triển một loại pin nhiên liệu mới thu năng lượng từ vi khuẩn sống trong đất.
Pin nhiên liệu sạch trong phòng thí nghiệm. Nguồn: Bill Yen/Đại học Tây Bắc
Với kích thước bằng một cuốn sách bìa mềm tiêu chuẩn, công nghệ hoàn toàn sử dụng năng lượng từ đất có thể cung cấp năng lượng cho các cảm biến dưới lòng đất được sử dụng trong nông nghiệp chính xác và cơ sở hạ tầng xanh. Điều này có khả năng mang lại giải pháp thay thế bền vững, có thể tái tạo cho pin vốn chứa các hóa chất độc hại, dễ cháy thấm vào lòng đất, gây ra nhiều xung đột trong chuỗi cung ứng và góp phần làm gia tăng vấn đề rác thải điện tử.
Để thử nghiệm pin nhiên liệu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để cung cấp năng lượng cho các cảm biến đo độ ẩm của đất và phát hiện cảm giác chạm, một khả năng có thể có giá trị để theo dõi động vật đi ngang qua. Để cho phép liên lạc không dây, các nhà nghiên cứu cũng trang bị cho cảm biến chạy bằng năng lượng mặt đất một ăng-ten nhỏ để truyền dữ liệu đến trạm cơ sở lân cận bằng cách phản xạ các tín hiệu tần số vô tuyến hiện có.
Pin nhiên liệu không chỉ hoạt động trong cả điều kiện ẩm ướt và khô ráo mà sức mạnh của nó còn vượt xa các công nghệ tương tự tới 120%.
Nghiên cứu được công bố vào ngày 12 tháng 1 trong Kỷ yếu của ACM về Công nghệ Tương tác, Di động, Thiết bị đeo và Phổ biến. Các tác giả nghiên cứu cũng đang phát hành tất cả các thiết kế, hướng dẫn và công cụ mô phỏng ra công chúng để những người khác có thể sử dụng và xây dựng dựa trên nghiên cứu này.
Bill Yen, cựu sinh viên Northwestern, người đứng đầu công việc, cho biết: “Số lượng thiết bị trong Internet of Things (IoT) không ngừng tăng lên”. “Nếu chúng ta tưởng tượng về một tương lai với hàng nghìn tỷ thiết bị này, chúng ta không thể chế tạo từng thiết bị bằng lithium, kim loại nặng và chất độc nguy hiểm cho môi trường. Chúng ta cần tìm giải pháp thay thế có thể cung cấp lượng năng lượng thấp để cung cấp năng lượng cho một hệ thống phi tập trung. mạng của các thiết bị.
"Trong quá trình tìm kiếm giải pháp, chúng tôi đã xem xét các pin nhiên liệu vi sinh vật trong đất, sử dụng các vi khuẩn đặc biệt để phân hủy đất và sử dụng lượng năng lượng thấp đó để cung cấp năng lượng cho các cảm biến. Miễn là có carbon hữu cơ trong đất để vi khuẩn phân hủy. , pin nhiên liệu có khả năng tồn tại mãi mãi."
George Wells, tác giả cấp cao của nghiên cứu, cho biết: “Những vi khuẩn này có mặt khắp nơi; chúng đã sống trong đất ở khắp mọi nơi”. "Chúng tôi có thể sử dụng các hệ thống được thiết kế rất đơn giản để thu điện. Chúng tôi sẽ không cung cấp năng lượng cho toàn bộ thành phố bằng nguồn năng lượng này. Nhưng chúng tôi có thể thu được lượng năng lượng nhỏ để cung cấp cho các ứng dụng thực tế, tiêu thụ ít năng lượng."
Wells là phó giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern. Bây giờ là tiến sĩ. Là sinh viên tại Đại học Stanford, Yến bắt đầu dự án này khi anh còn là nhà nghiên cứu đại học tại phòng thí nghiệm của Wells.
Sơ đồ này hiển thị "hình ảnh nổ" của thiết bị. Nguồn: Bill Yen/Đại học Tây Bắc
Giải pháp cho công việc bẩn thỉu
Trong những năm gần đây, nông dân trên toàn thế giới ngày càng áp dụng nông nghiệp chính xác như một chiến lược để cải thiện năng suất cây trồng. Phương pháp tiếp cận dựa trên công nghệ dựa vào việc đo lường chính xác mức độ ẩm, chất dinh dưỡng và chất gây ô nhiễm trong đất để đưa ra quyết định giúp tăng cường sức khỏe cây trồng. Điều này đòi hỏi một mạng lưới thiết bị điện tử phân tán, rộng khắp để liên tục thu thập dữ liệu môi trường.
Yến cho biết: “Nếu bạn muốn đặt một cảm biến ở nơi hoang dã, trong trang trại hoặc vùng đất ngập nước, bạn buộc phải lắp pin vào đó hoặc thu năng lượng mặt trời”. "Các tấm pin mặt trời không hoạt động tốt trong môi trường bẩn vì chúng bị bám bụi bẩn, không hoạt động khi không có mặt trời và chiếm nhiều không gian. Pin cũng là thách thức vì hết điện. Nông dân thì không. sẽ đi vòng quanh một trang trại rộng 100 mẫu Anh để thường xuyên thay pin hoặc phủi bụi cho các tấm pin mặt trời."
