Celle fotovoltaiche biologiche affidabili e rinnovabili

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alga fotovoltaica
Credit: Creative COmmons by Paolo Bombelli

I ricercatori hanno utilizzato una specie diffusa di alghe blu-verdi per alimentare un microprocessore ininterrottamente per un anno, utilizzando nient’altro che luce ambientale e acqua. Il loro sistema è potenzialmente un modo affidabile e rinnovabile per alimentare piccoli dispositivi.

Il sistema, di dimensioni paragonabili a una batteria AA, contiene un tipo di alga non tossica chiamata Synechocystis che raccoglie naturalmente energia dal sole attraverso la fotosintesi. La corrente elettrica che questa genera interagisce quindi con un elettrodo di alluminio e viene utilizzata per alimentare un microprocessore.

Il sistema è realizzato con materiali comuni, economici e ampiamente riciclabili. Ciò significa che potrebbe essere facilmente replicato centinaia di migliaia di volte per alimentare un gran numero di piccoli dispositivi come parte dell’Internet delle cose. I ricercatori affermano che è probabile che sia più utile in situazioni fuori rete o in luoghi remoti, dove piccole quantità di energia possono essere molto utili.

“Il crescente Internet of Things ha bisogno di una quantità crescente di energia e pensiamo che questo dovrà provenire da sistemi in grado di generare energia e immagazzinarla come batterie”, ha affermato il professor Christopher Howe del Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge. Coautore senior del documento. Che ha anche aggiunto: “Il nostro dispositivo fotosintetico non si scarica come una batteria perché utilizza continuamente la luce come fonte di energia”.

Nell’esperimento, il dispositivo è stato utilizzato per alimentare un Arm Cortex M0+, un microprocessore ampiamente utilizzato nei dispositivi Internet of Things. Ha funzionato in un ambiente domestico e in condizioni semi-esterne, in condizioni di luce naturale e con le fluttuazioni di temperatura associate, e dopo sei mesi di produzione continua di energia i risultati sono stati presentati per la pubblicazione.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Energy & Environmental Science.

“Siamo rimasti colpiti dal modo in cui il sistema ha funzionato in modo coerente per un lungo periodo di tempo: abbiamo pensato che si sarebbe fermato dopo alcune settimane, ma ha continuato a funzionare”, ha affermato il dottor Paolo Bombelli del Dipartimento di Biochimica dell’Università di Cambridge, primo autore dello studio.

L’alga non ha bisogno di alimentazione, perché crea il proprio cibo mentre fa la fotosintesi. E nonostante il fatto che la fotosintesi richieda luce, il dispositivo può anche continuare a produrre energia durante i periodi di oscurità. I ricercatori pensano che ciò sia dovuto al fatto che le alghe elaborano parte del loro nutrimento quando non c’è luce e questo continua a generare elettricità.

L’Internet delle cose è una rete vasta e in crescita di dispositivi elettronici – ciascuno che utilizza solo una piccola quantità di energia – che raccolgono e condividono dati in tempo reale tramite Internet. Utilizzando chip per computer a basso costo e reti wireless, molti miliardi di dispositivi fanno parte di questa rete, dagli smartwatch ai sensori di temperatura nelle centrali elettriche. Si prevede che questa cifra aumenterà fino a un trilione di dispositivi entro il 2035, richiedendo un vasto numero di fonti di energia portatili.

I ricercatori affermano che alimentare trilioni di dispositivi dell’Internet of Things utilizzando batterie agli ioni di litio sarebbe impraticabile: avrebbe bisogno di tre volte più litio di quanto viene prodotto in tutto il mondo ogni anno. E i dispositivi fotovoltaici tradizionali sono realizzati utilizzando materiali pericolosi che possono avere effetti ambientali negativi.

Il lavoro è nato dalla collaborazione tra l’Università di Cambridge e Arm, un’azienda leader nella progettazione di microprocessori. Arm Research ha sviluppato il chip di test Arm Cortex M0+ ultra efficiente, ha costruito la scheda e ha impostato l’interfaccia cloud di raccolta dati presentata negli esperimenti.

La ricerca è stata finanziata dal National Biofilms Innovation Centre.

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