Ein Forscherteam der Northwestern University hat eine neue Brennstoffzelle entwickelt, die Energie aus der Zersetzung von Erde durch Mikroorganismen gewinnt.
Die 3D-gedruckte Batterieabdeckung ragt aus dem Boden. Foto: Bill Yen/Northwestern University
Eine erdbetriebene Batterie in der Größe eines kleinen Buches bietet eine praktikable Alternative zu Batterien in unterirdischen Sensoren für die Landwirtschaft , berichtete Interesting Engineering am 16. Januar. Die neue Forschungsarbeit wurde in der Zeitschrift Proceedings of the Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies veröffentlicht.
Das Expertenteam betonte die Langlebigkeit der neuen Brennstoffzelle und verwies auf ihre Fähigkeit, unterschiedlichen Umweltbedingungen standzuhalten, darunter Trockengebieten und hochwassergefährdeten Gebieten.
„Diese Mikroorganismen kommen in großer Zahl vor und leben überall im Boden. Mit einfachen Systemen können wir aus ihnen Strom gewinnen. Mit dieser Menge an Strom können wir zwar keine ganze Stadt versorgen, aber wir können kleine Mengen Strom für praktische Anwendungen gewinnen, die wenig Energie benötigen“, sagt George Wells, Mitglied des Forschungsteams.
Da Chemikalien aus Batterien in den Boden gelangen können, ist die neue Technologie auch eine umweltfreundliche Alternative, die Bedenken hinsichtlich giftiger und brennbarer Batteriekomponenten ausräumt.
Die neue Brennstoffzelle verwendet Kohlenstoffgewebe für die Anode und ein inertes, leitfähiges Metall für die Kathode. Das Team hat ein wasserabweisendes Material auf die Oberfläche der Kathode aufgetragen, sodass sie auch unter Wasser funktioniert und nach dem Eintauchen trocknet.
Saubere Brennstoffzellen im Labor (links) und im Boden (rechts). Foto: Bill Yen/Northwestern University
Der Brennstoffzellen-Prototyp funktionierte einwandfrei und erzeugte 68-mal mehr Strom als für den Betrieb der Sensoren benötigt wurde. Die Zelle war zudem robust genug, um große Schwankungen der Bodenfeuchtigkeit zu überstehen. Das Team verband den Bodensensor zusätzlich mit einer kleinen Antenne für die drahtlose Kommunikation, sodass die Brennstoffzelle Daten an eine nahegelegene Basisstation senden konnte. Bemerkenswert ist, dass die neue Brennstoffzelle nicht nur sowohl bei trockenen als auch bei nassen Bedingungen funktionierte, sondern auch rund 120 Prozent länger hielt als vergleichbare Technologien.
„Die Zahl der Geräte im Internet der Dinge wächst ständig. Wenn wir uns eine Zukunft mit Billionen dieser Geräte vorstellen, können wir sie nicht alle mit Lithium, Schwermetallen und giftigen Substanzen herstellen, die gefährlich für die Umwelt sind“, sagte Bill Yen, der Leiter der neuen Forschung.
„Wir müssen Alternativen finden, die kleine Mengen Energie für den Betrieb eines dezentralen Gerätenetzwerks liefern können. Um eine Lösung zu finden, arbeiten wir an mikrobiellen Brennstoffzellen im Boden. Diese nutzen spezielle Mikroorganismen, um den Boden zu zersetzen und die Sensoren mit dieser geringen Menge Strom zu versorgen. Solange organischer Kohlenstoff im Boden vorhanden ist, den die Mikroorganismen abbauen können, ist die Brennstoffzelle unbegrenzt haltbar“, so Yen.
Thu Thao (Laut Interesting Engineering )
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