تامین شارژ گجت‌ها با برق تجدیدپذیر فتوسنتز جلبکی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازاینترستینگ اینجینیرینگ، پژوهشگران آزمایشگاه میکروسیستم‌های نوری - زیستی دانشگاه کنکوردیا در کِبِک کانادا، با معلق کردن جلبک‌ها در یک محلول تخصصی و نگهداری آن در پیل‌های توان کوچک، انرژی تولید کردند.

در مدل آنها، از الکترون‌ها برای تولید برق استفاده می‌شود؛ پیشرفتی که نه تنها کربنی تولید نمی‌کند بلکه یک فناوری انتشار کربن منفی است.

به گفته محققان، هنگامی که پیل‌های قدرت میکرو فتوسنتزی (µPSC) آنها به درستی راه اندازی شوند، ظرفیت تولید انرژی کافی برای راه اندازی گجت‌های بسیار کم و کم مصرف، مانند حسگر‌های اینترنت اشیا (IoT) را دارند.

این پژوهشگران می‌گویند ادغام μPSC‌ها در قلمرو منابع انرژی پایدار نشان دهنده یک گام مهم رو به جلو است که به طور بالقوه بر بخش‌های مختلف وابسته به راه حل‌های کم مصرف تاثیر می‌گذارد.

جذب انرژی جلبک 

در راه اندازی یک μPSC، یک غشای تبادل پروتون به شکل لانه زنبوری، محفظه‌های آند و کاتد پیل قدرت فتوسنتزی میکرو را تقسیم می‌کند. محققان میکروالکترود‌هایی را در دو طرف غشاء ساختند تا بار‌هایی را که جلبک‌ها در طول فتوسنتز آزاد می‌کنند، جمع آوری کنند.

هر محفظه بسیار کوچک و دارای ابعاد دو سانتیمتر در دو سانتیمتر در چهار میلی متر است.

محفظه آند حاوی یک محلول دو میلی لیتری است که در آن جلبک‌ها معلق هستند، در حالی که محفظه کاتد با فریسیانید پتاسیم، نوعی گیرنده الکترون، پر شده است.

به گفته محققان، هنگامی که جلبک‌ها به دلیل فتوسنتز شروع به انتشار الکترون می‌کنند، الکترون‌ها از طریق الکترود‌های موجود در غشاء جمع و هدایت شده و در نتیجه جریان، ایجاد می‌شود.

با این حال، پروتون‌ها از غشاء عبور کرده و با وارد شدن به کاتد، فروسیانید پتاسیم را اکسید و کاهش می‌دهند. این فرآیند همچنین بدون نور مستقیم خورشید البته با شدت کمتر عمل می‌کند.

مجریان این مطالعه می‌گویند درست مانند انسان ها، جلبک‌ها نیز دائما نفس می‌کشند، اما دی اکسید کربن را جذب و اکسیژن آزاد می‌کنند. آنها به دلیل ماهیت دستگاه فتوسنتز خود، در طول تنفس، الکترون نیز آزاد می‌کنند. تولید برق در این روش متوقف نمی‌شود و الکترون‌ها به طور مداوم برداشت می‌شوند.

کارآمد و سازگار با محیط زیست

محققان عملکرد پیل‌های قدرت میکرو فتوسنتزی (μPSCs) را در پیکربندی‌های مختلف آزمایش کردند. در یک مجموعه، پیکربندی‌ها شامل دو µPSC به صورت سری با سه مجموعه موازی، سه سری با دو مجموعه موازی، چهار سری با دو مجموعه سری دیگر و هر دو مجموعه به صورت موازی، و پنج سری با یکی به صورت موازی بود.

آنها دریافتند تغییرات عملکرد برای ولتاژ، جریان و توان به دلیل تفاوت‌های ساخت و تغییر شرایط، قابلیت قانون مندی دارد. آزمایش‌ها نشان داد ترکیب آرایه‌های سری و موازی پیل‌های قدرت میکرو فتوسنتزی (µPSCs) نسبت به استفاده از فقط اتصالات سری یا موازی، توان بیشتری تولید می‌کند.

این گروه بر ناتوانی این سیستم در رقابت با روش‌های جایگزین تولید برق، مانند سلول‌های خورشیدی، صحه گذاشت. یک پیل قدرت میکرو فتوسنتزی تنها حداکثر ولتاژ پایانه ۱.۰ ولت دارد.

با این حال، محققان معتقدند این فناوری نوین با تحقیق و توسعه کافی، از جمله فناوری‌های یکپارچه سازی با کمک هوش مصنوعی، می‌تواند در آینده به یک منبع انرژی قابل دوام، مقرون به صرفه و پاک تبدیل شود.

آنها تاکید دارند سیستم آنها از هیچ گاز خطرناک یا میکروفیبر مورد نیاز برای فناوری ساخت سیلیکون که سلول‌های فتوولتائیک به آن متکی هستند، استفاده نمی‌کند.

دانش پژوهان کانادایی می‌گویند با توجه به دشواری از بین بردن تراشه‌های کامپیوتری سیلیکونی، آنها از پلیمر‌های زیست سازگاری استفاده می‌کنند که امکان تجزیه آسان کل سیستم و تولید بسیار ارزان آن را در پی دارد.

نتایج این تحقیقات در نشریه Energies منتشر شده است.