Исследователи, получившие поддержку от DARPA, создали микробные топливные элементы, которые вырабатывают подводную энергию с помощью океанических микробов.
Исследователи из Мичиганского технологического университета разрабатывают систему микробных топливных элементов, которая может помочь подводным датчикам дольше оставаться под водой, вырабатывая электричество из органических веществ, уже присутствующих в морской воде.
Проект является частью программы BLUE (BioLogical Undersea Energy) Агентства перспективных оборонных исследований (DARPA), целью которой является создание самозаряжающихся подводных энергетических систем для океанографических датчиков с длительным временем автономной работы. Существующие системы подводного мониторинга в основном используют батареи, извлечение и замена которых обходятся дорого.
Группа исследователей из Мичиганского технологического университета тестирует микробные топливные элементы (МТЭ), которые используют бактерии для преобразования растворенных органических веществ и микроскопической морской биомассы в электрический ток. По словам исследователей, эта технология в конечном итоге может использоваться в качестве основы для датчиков военно-морской обороны, систем экологического мониторинга и подводных акустических сетей.
«В морской среде все чаще используются всевозможные датчики для наблюдения за экологическими условиями, миграцией организмов и акустикой, имеющей отношение к военно-морской обороне», — сказала Эми Маркарелли, заслуженный профессор биологических наук в Мичиганском технологическом университете.
Исследователи уже завершили 30-дневное подводное развертывание в Чесапикском заливе, где прототипы систем продолжали вырабатывать электроэнергию, находясь полностью под водой.
Микроорганизмы вырабатывают энергию океана.
Микробные топливные элементы работают за счет использования бактерий, которые естественным образом передают электроны в процессе метаболизма. В системе, разработанной командой Мичиганского технологического университета, эти электроны перемещаются между анодом и катодом, создавая полезный электрический ток.
Одна из главных инженерных проблем заключается в том, что в океанской воде содержится гораздо меньше органических веществ, чем в средах, где обычно используются микробные топливные элементы, например, на очистных сооружениях. Кроме того, в морской среде высокий уровень кислорода, который препятствует процессу выработки энергии микроорганизмами.
Для повышения производительности исследователи использовали гранулированный активированный уголь внутри трубчатых топливных элементов. Этот материал концентрирует органические вещества и обеспечивает поверхность, на которой микроорганизмы могут образовывать биопленки и продолжать вырабатывать электроэнергию даже в условиях избытка кислорода.
«Основная идея заключается в том, что микробы перемещают электроны в процессе своего метаболизма, — сказал Маркарелли. — В микробном топливном элементе эти процессы переносят электроны от анода к катоду, создавая электрический ток, который мы можем использовать».
Исследователи также переработали систему для повышения энергоэффективности и упрощения развертывания. В более новых версиях используются модульные, штабелируемые блоки с отдельными насосами и панелями управления.
Последние прототипы были испытаны в заливе Галвестон, где, по сообщениям, три из четырех устройств успешно вырабатывали электроэнергию во время подводных испытаний.
Датчики остаются погруженными в воду.
Система разработана для работы полностью под водой, без зависимости от энергии поверхностных волн или человеческого вмешательства. Исследователи утверждают, что это позволит океанографическим датчикам оставаться активными в течение более длительных периодов времени в удаленных районах.
Команда также разработала прогностические модели с использованием данных дистанционного зондирования и экологических данных для оценки того, где микробные топливные элементы могут генерировать достаточно энергии в прибрежных регионах по всему миру.
«В своей работе мы объединяем данные дистанционного зондирования, полевые данные, экспериментальные лабораторные данные, а также результаты реальных экспериментов по развертыванию микробных топливных элементов», — сказал Майкл Сэйерс, главный научный сотрудник Научно-исследовательского института Мичиганского технологического университета.
В настоящее время исследователи готовят более масштабное развертывание, включающее 10 микробных топливных элементов в Чесапикском заливе. Цель состоит в изучении их долгосрочной эффективности и оценке того, смогут ли эти системы в конечном итоге обеспечить круглогодичные подводные операции.
Sourse: interestingengineering.com
