Электричество из почвы: учёные разработали топливный элемент на основе микробов

Учёные из Северо-Западный университет (США) разработали топливный элемент, способный вырабатывать электричество за счёт активности микроорганизмов в почве. Технология предназначена для питания маломощных устройств — прежде всего датчиков, используемых в сельском хозяйстве и экологическом мониторинге .

Устройство использует естественные процессы разложения органических веществ: в ходе этой реакции почвенные бактерии выделяют электроны, которые и преобразуются в электрический ток. Система по своей структуре напоминает батарею, однако вместо химических реакций задействует биологические механизмы .

Разработанный прототип рассчитан на работу под землёй и способен обеспечивать энергией датчики, измеряющие влажность почвы или фиксирующие механические воздействия, например движение животных. Передача данных осуществляется с помощью антенны, использующей отражение радиочастотных сигналов, что позволяет существенно снизить энергопотребление .

По данным исследования, система сохраняет работоспособность в различных условиях — от сухих почв до полностью затопленных участков. Продолжительность её работы примерно на 120% выше по сравнению с аналогичными решениями . При этом уровень вырабатываемой энергии остаётся невысоким, однако достаточным для питания сенсоров.

Разработка рассматривается как альтернатива традиционным источникам питания. Батареи требуют регулярной замены и связаны с образованием электронных отходов, а солнечные панели ограничены условиями эксплуатации, включая необходимость освещения и чистоты поверхности .

Исследователи отмечают, что микробные топливные элементы известны более ста лет, однако их применение долгое время ограничивалось нестабильной работой. В новом устройстве была изменена конструкция: анод размещён в увлажнённой части почвы, а катод выведен к поверхности для обеспечения доступа кислорода. Такое решение позволило повысить стабильность и эффективность системы .

Разработка ориентирована на использование в распределённых сетях датчиков, включая системы точного земледелия и мониторинга окружающей среды. По оценке авторов, в условиях роста числа устройств интернета вещей (IoT) подобные решения могут снизить зависимость от традиционных источников энергии и упростить эксплуатацию сенсорных сетей .

Исследование опубликовано в научном издании Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies и сопровождается открытыми материалами, позволяющими воспроизводить и развивать технологию.