Mořské bakterie dobíjejí podvodní senzory: Nová baterie z mikrobů udrží zařízení v chodu déle

Vědci z Michigan Technological University vyvíjejí inovativní systém mikrobiálních palivových článků, který by mohl výrazně prodloužit dobu provozu podvodních senzorů. Tyto baterie se dokážou samy dobíjet z organické hmoty přítomné v mořské vodě.

Vědci z Michigan Technological University vyvíjejí inovativní systém mikrobiálních palivových článků, který by mohl výrazně prodloužit dobu provozu podvodních senzorů. Tyto baterie se dokážou samy dobíjet z organické hmoty přítomné v mořské vodě. Projekt je součástí programu BioLogical Undersea Energy (BLUE) agentury DARPA, jehož cílem je vytvořit soběstačné podvodní energetické systémy pro dlouhodobé senzory. Současné podvodní monitorovací systémy se totiž spoléhají na baterie, které vyžadují nákladné vyzvedávání a výměnu.

Technologie využívá mikrobiální palivové články (MFC), které pomocí bakterií přeměňují rozpuštěný organický materiál a mikroskopickou mořskou biomasu na elektrický proud. To by mohlo podpořit širokou škálu aplikací, včetně námořních obranných senzorů, systémů ekologického monitoringu a podvodních akustických sítí. Tyto systémy jsou stále častěji nasazovány pro sledování ekologických podmínek, migrace organismů a akustiky relevantní pro námořní obranu.

Mikrobiální palivové články fungují tak, že bakterie přirozeně přenášejí elektrony během svého metabolismu. V systému navrženém týmem z Michigan Tech se tyto elektrony pohybují mezi anodou a katodou, čímž vytvářejí využitelný elektrický proud. Hlavní technickou výzvou je, že oceánská voda obsahuje mnohem méně organického materiálu než prostředí, kde se mikrobiální palivové články běžně používají, například čistírny odpadních vod. Mořské prostředí navíc obsahuje vysoké hladiny kyslíku, které mohou narušovat proces generování energie mikroby.

Pro zlepšení výkonu v těchto náročných podmínkách vědci použili granulované aktivní uhlí uvnitř trubkových palivových článků. Tento materiál koncentruje organickou hmotu a poskytuje povrch, kde mohou mikroby tvořit biofilmy a pokračovat v generování elektřiny i v podmínkách bohatých na kyslík. Systém byl také přepracován pro zlepšení energetické účinnosti a zjednodušení nasazení, s novějšími verzemi využívajícími modulární, stohovatelné jednotky s individuálními čerpadly a řídicími deskami. Prototypy již úspěšně dokončily 30denní podvodní nasazení v Chesapeake Bay a nejnovější verze byly testovány v Galveston Bay, kde tři ze čtyř jednotek úspěšně generovaly energii.

Systém je navržen tak, aby fungoval plně pod vodou bez závislosti na povrchové vlnové energii nebo lidské údržbě, což by umožnilo podvodním senzorům zůstat aktivní po delší dobu v odlehlých prostředích. Tým také vytvořil prediktivní modely využívající dálkový průzkum a environmentální data k odhadu, kde by mikrobiální palivové články mohly generovat dostatek energie v pobřežních oblastech po celém světě. Vědci nyní připravují větší nasazení deseti mikrobiálních palivových článků v Chesapeake Bay s cílem studovat dlouhodobý výkon a odhadnout, zda by systémy mohly nakonec podporovat celoroční podvodní operace.