Una célula fotovoltaica biológica fiable y renovable

Este sistema, que contiene algas verdeazuladas, alimentó un microprocesador de forma continua durante un año usando solo luz ambiental y agua. Crédito: Paolo Bombelli

Computación impulsada por algas

Los científicos han utilizado una especie extendida de algas verdeazuladas para alimentar un microprocesador de forma continua durante un año, y más, utilizando solo luz ambiental y agua. Su sistema tiene el potencial de ser una forma fiable y renovable de alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

El sistema, comparable en tamaño a una batería AA, contiene un tipo de alga no tóxica llamada sinecoquiste que naturalmente cosecha energía del sol a través de la fotosíntesis. La pequeña corriente eléctrica así generada interactúa con un electrodo de aluminio y se utiliza para alimentar un microprocesador.

“Nuestro aparato fotosintético no se descarga como una batería, porque utiliza continuamente la luz como fuente de energía”. — chris howe

El sistema está hecho de materiales ordinarios, económicos y en su mayoría reciclables. Esto significa que podría replicarse fácilmente cientos de miles de veces para alimentar una gran cantidad de dispositivos pequeños como parte del Internet de las cosas. Los investigadores dicen que es probable que sea más útil en situaciones fuera de la red o en lugares remotos, donde pequeñas cantidades de energía eléctrica pueden ser muy beneficiosas.

“El crecimiento del Internet de las cosas requiere una cantidad cada vez mayor de energía, y creemos que esta deberá provenir de sistemas que puedan generar energía, en lugar de simplemente almacenarla como baterías”, dijo el profesor Christopher Howe, del Departamento de la Universidad de Cambridge. de Bioquímica. coautor principal del artículo.

Y agregó: “Nuestro aparato fotosintético no se descarga como una batería, porque utiliza continuamente la luz como fuente de energía”.

En el experimento, el dispositivo se utilizó para alimentar un Arm Cortex M0+, que es un microprocesador ampliamente utilizado en dispositivos de Internet de las cosas. Se operó en un ambiente doméstico y en condiciones de semiexterior con luz natural y fluctuaciones de temperatura asociadas, y luego de seis meses de generación continua de energía, los resultados se enviaron para su publicación.

El estudio se publica el 12 de mayo de 2022 en la revista Ciencias Energéticas y Ambientales.

“Nos impresionó la consistencia con la que el sistema funcionó durante un largo período; pensamos que podría detenerse después de unas pocas semanas, pero siguió funcionando”, dijo el Dr. Paolo Bombelli, del departamento de bioquímica de la Universidad de Cambridge, primer autor del artículo.

El alga no necesita comer, porque crea su propio alimento durante la fotosíntesis. Y a pesar de que la fotosíntesis requiere luz, el dispositivo puede incluso seguir generando electricidad durante los períodos de oscuridad. Los investigadores creen que esto se debe a que las algas procesan parte de su comida cuando no hay luz, lo que continúa generando una corriente eléctrica.

El Internet de las cosas es una red grande y en crecimiento de dispositivos electrónicos, cada uno de los cuales usa solo una pequeña cantidad de energía, que recopila y comparte datos en tiempo real a través de Internet. Usando chips de computadora y redes inalámbricas de bajo costo, muchos miles de millones de dispositivos son parte de esta red, desde relojes inteligentes hasta sensores de temperatura en plantas de energía. Se espera que esta cifra alcance un billón de dispositivos para 2035, lo que requerirá una gran cantidad de fuentes de energía portátiles.

Los investigadores dicen que alimentar trillones de dispositivos de Internet de las cosas con baterías de iones de litio no sería práctico: requeriría tres veces más litio que el que se produce a nivel mundial cada año. Y los dispositivos fotovoltaicos tradicionales están hechos de materiales peligrosos que tienen efectos adversos sobre el medio ambiente.

El trabajo fue una colaboración entre la Universidad de Cambridge y Arm, una empresa líder en diseño de microprocesadores. Arm Research desarrolló el chip de prueba ultraeficiente Arm Cortex M0+, construyó la placa e implementó la interfaz de recopilación de datos en la nube que se muestra en los experimentos.

Referencia: “Alimentación de un microprocesador por fotosíntesis” por P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, DH Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, MF Hohmann-Marriott, SP Trasatti, E. Ozer y CJ Howe, 12 de mayo de 2022, Ciencias Energéticas y Ambientales.
DOI: 10.1039/D2EE00233G

La investigación fue financiada por el Centro Nacional de Innovación de Biopelículas.

Leave a Comment