Kuasa Fotosintesis: Sel Fotovoltaik Biologi yang Boleh Dipercayai dan Boleh Diperbaharui

Sistem ini, yang mengandungi alga biru-hijau, menjanakan mikropemproses secara berterusan selama setahun menggunakan apa-apa selain cahaya ambien dan air. Kredit: Paolo Bombelli

Pengkomputeran Dikuasakan Alga

Para saintis menggunakan spesies alga biru-hijau yang meluas untuk menggerakkan mikropemproses secara berterusan selama setahun – dan mengira – menggunakan apa-apa selain cahaya dan air ambien. Sistem mereka berpotensi sebagai cara yang boleh dipercayai dan boleh diperbaharui untuk menggerakkan peranti elektronik kecil.

Sistem ini, setanding dengan saiz bateri AA, mengandungi sejenis alga bukan toksik yang dipanggil Synechocystis yang menuai tenaga secara semula jadi daripada matahari melalui fotosintesis. Arus elektrik kecil yang dihasilkan ini kemudian berinteraksi dengan elektrod aluminium dan digunakan untuk menggerakkan mikropemproses.

“Peranti fotosintesis kami tidak berjalan seperti bateri kerana ia sentiasa menggunakan cahaya sebagai sumber tenaga.” — Chris Howe

Sistem ini diperbuat daripada bahan biasa, murah, dan kebanyakannya boleh dikitar semula. Ini bermakna ia boleh direplikasi ratusan ribu kali dengan mudah untuk menggerakkan sejumlah besar peranti kecil sebagai sebahagian daripada Internet Perkara. Para penyelidik mengatakan ia mungkin paling berguna dalam situasi luar grid atau lokasi terpencil, di mana sejumlah kecil kuasa elektrik boleh menjadi sangat bermanfaat.

“Internet Perkara yang semakin berkembang memerlukan jumlah kuasa yang semakin meningkat, dan kami fikir ini perlu datang daripada sistem yang boleh menjana tenaga, dan bukannya menyimpannya seperti bateri,” kata Profesor Christopher Howe di Jabatan Biokimia Universiti Cambridge, pengarang kanan bersama kertas kerja.

Dia menambah: “Peranti fotosintesis kami tidak berjalan seperti bateri kerana ia sentiasa menggunakan cahaya sebagai sumber tenaga.”

Dalam percubaan, peranti itu digunakan untuk menggerakkan Arm Cortex M0+, iaitu mikropemproses yang digunakan secara meluas dalam peranti Internet of Things. Ia beroperasi dalam persekitaran domestik dan keadaan separa luar di bawah cahaya semula jadi dan turun naik suhu yang berkaitan, dan selepas enam bulan pengeluaran kuasa berterusan, keputusan telah diserahkan untuk penerbitan.

Kajian itu diterbitkan pada 12 Mei 2022, dalam jurnal Tenaga & Sains Alam Sekitar.

“Kami kagum dengan betapa konsisten sistem itu berfungsi dalam jangka masa yang panjang – kami fikir ia mungkin berhenti selepas beberapa minggu tetapi ia terus berjalan,” kata Dr. Paolo Bombelli di Jabatan Biokimia Universiti Cambridge, pengarang pertama kertas.

Alga tidak memerlukan makanan, kerana ia mencipta makanannya sendiri semasa ia berfotosintesis. Dan walaupun fakta bahawa fotosintesis memerlukan cahaya, peranti ini boleh terus menghasilkan kuasa semasa tempoh kegelapan. Para penyelidik berpendapat ini adalah kerana alga memproses beberapa makanannya apabila tiada cahaya, dan ini terus menghasilkan arus elektrik.

Internet of Things ialah rangkaian peranti elektronik yang luas dan berkembang — masing-masing hanya menggunakan sejumlah kecil kuasa — yang mengumpul dan berkongsi data masa nyata melalui internet. Menggunakan cip komputer dan rangkaian wayarles kos rendah, berbilion-bilion peranti adalah sebahagian daripada rangkaian ini — daripada jam tangan pintar kepada penderia suhu dalam stesen janakuasa. Angka ini dijangka meningkat kepada satu trilion peranti menjelang 2035, memerlukan sejumlah besar sumber tenaga mudah alih.

Para penyelidik mengatakan bahawa kuasa trilion peranti Internet Perkara menggunakan bateri litium-ion adalah tidak praktikal: ia memerlukan tiga kali lebih litium daripada yang dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun. Dan peranti fotovoltaik tradisional dibuat menggunakan bahan berbahaya yang mempunyai kesan buruk alam sekitar.

Kerja itu adalah kerjasama antara Universiti Cambridge dan Arm, sebuah syarikat yang menerajui reka bentuk mikropemproses. Arm Research membangunkan cip ujian Arm Cortex M0+ yang sangat cekap, membina papan dan menyediakan antara muka awan pengumpulan data yang dibentangkan dalam eksperimen.

Rujukan: “Memperkasakan mikropemproses melalui fotosintesis” oleh P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, DH Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, MF Hohmann-Marriott, SP Trasatti, E. Ozer dan CJ Howe, 12 Mei 2022, Tenaga & Sains Alam Sekitar.
DOI: 10.1039/D2EE00233G

Penyelidikan itu dibiayai oleh Pusat Inovasi Biofilm Kebangsaan.

We want to say thanks to the writer of this short article for this amazing material

Kuasa Fotosintesis: Sel Fotovoltaik Biologi yang Boleh Dipercayai dan Boleh Diperbaharui


We have our social media profiles here and other pages on related topics here.https://paw6.info/related-pages/