Célula de Combustível Alimentada pelo Solo Aproveita a Energia da Terra

Uma inovação pioneira da Universidade Northwestern apresenta um dispositivo compacto capaz de produzir eletricidade aproveitando a energia gerada pelos micróbios que decompõem o solo, desde que haja carbono presente.

Este dispositivo, do tamanho de um livro de bolso, funciona com base na tecnologia de células de combustível microbianas, que existe há mais de um século. Ao contrário das baterias convencionais, utiliza bactérias para transferir electrões para os condutores enquanto consomem o solo, imitando a função de um ânodo, cátodo e eletrólito numa bateria, mas obtendo energia de processos microbianos naturais em vez de fontes químicas.

Fornecimento Consistente de Água e Oxigénio às Células de Combustível Microbianas (MFCs)

Até agora, o desafio tem sido assegurar um fornecimento consistente de água e oxigénio às células de combustível microbianas (MFCs) enquanto estas estão enterradas no solo. Bill Yen, um antigo aluno da UNW e líder do projeto, comentou: “Apesar de ser um conceito há mais de um século, o desempenho inconsistente e a potência limitada das MFCs têm dificultado os esforços para as aplicar na prática, particularmente em ambientes com baixos níveis de humidade.”

Por isso, a equipa começou a desenvolver várias concepções novas destinadas a garantir o acesso constante das células ao oxigénio e à água. A equipa obteve sucesso com um design que se assemelha a um cartucho posicionado verticalmente num disco horizontal. Nesta conceção, um ânodo de feltro de carbono em forma de disco encontra-se horizontalmente na base do dispositivo, profundamente embutido no solo para captar electrões durante a decomposição microbiana do solo.

Otimização do Desenho do Cátodo para um Fornecimento Eficiente de Oxigénio

Entretanto, o cátodo metálico condutor está posicionado verticalmente acima do ânodo. A parte inferior é suficientemente profunda para aceder à humidade das profundezas do solo, enquanto a parte superior está ao nível da superfície. Um espaço de ar estende-se ao longo de todo o comprimento do elétrodo, e uma tampa de proteção no topo impede que o solo e os detritos obstruam o fornecimento de oxigénio ao cátodo. Além disso, uma parte do cátodo recebe um revestimento de material à prova de água, garantindo que, em condições de inundação, um segmento hidrofóbico persiste em contacto com o oxigénio, mantendo assim o funcionamento da célula de combustível.

Durante os testes, esta conceção teve um desempenho consistente em vários níveis de humidade do solo, desde estar completamente submerso a “algo seco”, com uma humidade do solo de apenas 41% em volume. Em média, produziu uma potência que excedeu os requisitos para o funcionamento dos seus sistemas integrados de deteção de humidade e de toque, bem como para a transmissão de dados sem fios para uma estação de base próxima através de uma pequena antena, por um fator de 68.

A eletricidade produzida por esta tecnologia, semelhante a outras fontes duradouras como as baterias betavoltaicas de diamante, não é suficiente para fazer funcionar dispositivos como carros movidos a terra ou smartphones. Em vez disso, o seu principal objetivo é alimentar pequenos sensores de forma consistente, sem necessidade de substituir frequentemente as baterias.

Aproveitamento das Células de Combustível Microbianas do Solo para Soluções Energéticas a Longo Prazo

Yen salienta a importância de procurar alternativas aos materiais nocivos para o ambiente, como o lítio e os metais pesados, para os futuros avanços tecnológicos. As células de combustível microbianas do solo oferecem uma solução promissora, aproveitando a energia libertada pela decomposição do solo pelos micróbios. Com a presença de carbono orgânico, estas células de combustível podem funcionar indefinidamente.

Assim, os sensores impulsionados por esta tecnologia poderiam ajudar muito os agricultores a monitorizar várias condições do solo, como os níveis de humidade, o teor de nutrientes e os contaminantes, permitindo uma agricultura de precisão. A instalação de vários sensores numa propriedade pode assegurar a recolha contínua de dados durante muitos anos, possivelmente até décadas.

Destacando o aspeto impressionante, a equipa de investigação sublinha que todos os componentes desta conceção estão facilmente disponíveis para compra numa loja de ferragens. Por conseguinte, não existem obstáculos materiais ou na cadeia de abastecimento que impeçam a comercialização generalizada desta investigação.

Leia O Artigo Original: New Atlas

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