Compostagem
Erradicação da Pobreza
Energia
Mais ou menos do tamanho de um livro de bolso padrão, a tecnologia totalmente alimentada pelo solo poderia alimentar sensores subterrâneos usados na agricultura de precisão e na infraestrutura verde
Uma equipe de pesquisadores liderada pela Northwestern University desenvolveu uma nova célula de combustível que coleta energia de micróbios que vivem na terra.
Mais ou menos do tamanho de um livro de bolso padrão, a tecnologia totalmente alimentada pelo solo poderia alimentar sensores subterrâneos usados na agricultura de precisão e na infraestrutura verde. Isto poderia potencialmente oferecer uma alternativa sustentável e renovável às baterias, que contêm produtos químicos tóxicos e inflamáveis que se infiltram no solo, estão repletas de cadeias de abastecimento cheias de conflitos e contribuem para o problema cada vez maior do lixo eletrónico.
Para testar a nova célula de combustível, os pesquisadores a usaram para alimentar sensores que medem a umidade do solo e detectam o toque, um recurso que pode ser valioso para rastrear animais que passam. Para permitir comunicações sem fio, os pesquisadores também equiparam o sensor alimentado pelo solo com uma pequena antena para transmitir dados para uma estação base vizinha, refletindo os sinais de radiofrequência existentes. .
A célula de combustível não apenas funcionou tanto em condições úmidas quanto secas, mas sua potência também superou tecnologias semelhantes em 120%.
A pesquisa foi publicada em 12 de janeiro no Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Tecnologias vestíveis e onipresentes. Os autores do estudo também estão divulgando todos os designs, tutoriais e ferramentas de simulação ao público, para que outros possam usar e desenvolver a pesquisa.
“O número de dispositivos na Internet das Coisas (IoT) está em constante crescimento”, afirma. disse o ex-aluno da Northwestern, Bill Yen, que liderou o trabalho. “Se imaginarmos um futuro com triliões destes dispositivos, não podemos construir todos eles a partir de lítio, metais pesados e toxinas que são perigosas para o ambiente. Precisamos encontrar alternativas que possam fornecer baixas quantidades de energia para alimentar uma rede descentralizada de dispositivos.
Nos últimos anos, os agricultores em todo o mundo têm adotado cada vez mais a agricultura de precisão como estratégia para melhorar o rendimento das colheitas. A abordagem orientada para a tecnologia baseia-se na medição de níveis precisos de humidade, nutrientes e contaminantes no solo para tomar decisões que melhorem a saúde das culturas. Isto requer uma rede ampla e dispersa de dispositivos eletrónicos para recolher continuamente dados ambientais.
As células de combustível microbianas (CCMs) baseadas no solo operam como uma bateria – com ânodo, cátodo e eletrólito. Mas em vez de usar produtos químicos para gerar eletricidade, as CCMs colhem eletricidade de bactérias que naturalmente doam elétrons para condutores próximos. Quando esses elétrons fluem do ânodo para o cátodo, cria-se um circuito elétrico.
Mas para que as células de combustível microbianas funcionem sem interrupções, elas precisam permanecer hidratadas e oxigenadas – o que é complicado quando enterradas no subsolo, em terra seca.
O protótipo de melhor desempenho funcionou bem em condições secas e também em ambientes alagados. O segredo do seu sucesso: a sua geometria. Em vez de usar um design tradicional, no qual o ânodo e o cátodo são paralelos entre si, a célula de combustível vencedora aproveitou um design perpendicular.
Feito de feltro de carbono (um condutor barato e abundante para capturar os micróbios‘ elétrons), o ânodo é horizontal em relação ao superfície do solo. Feito de um metal inerte e condutor, o cátodo fica verticalmente sobre o ânodo.
Embora todo o dispositivo esteja enterrado, o design vertical garante que a extremidade superior fique nivelada com a superfície do solo. Uma tampa impressa em 3D fica na parte superior do dispositivo para evitar que detritos caiam em seu interior. E um orifício na parte superior e uma câmara de ar vazia ao lado do cátodo permitem um fluxo de ar consistente.
A extremidade inferior do cátodo permanece aninhada profundamente abaixo da superfície, garantindo que ele permaneça hidratado do solo úmido circundante – mesmo quando o solo superficial seca à luz do sol. Os pesquisadores também revestiram parte do cátodo com material impermeabilizante para permitir que ele respirasse durante uma enchente. E, após uma potencial inundação, o design vertical permite que o cátodo seque gradualmente, em vez de secar de uma só vez.
Em média, a célula de combustível resultante gerou 68 vezes mais energia do que o necessário para operar seus sensores. Ele também era robusto o suficiente para suportar grandes mudanças na umidade do solo—de um pouco seco (41% de água por volume) até completamente submerso.
