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.

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.

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.

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.

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.