Fotosel biologis yang terbarukan dan andal

Sistem ini, yang berisi ganggang biru dan hijau, menjalankan mikroprosesor terus menerus selama satu tahun hanya menggunakan cahaya sekitar dan air. Kredit: Paolo Bombelli

Komputasi bertenaga alga

Para ilmuwan menggunakan spesies luas ganggang biru-hijau untuk memberi daya pada mikroprosesor terus menerus selama satu tahun – dan terus bertambah – hanya menggunakan cahaya sekitar dan air. Sistem mereka memiliki potensi sebagai cara yang andal dan terbarukan untuk memberi daya pada perangkat elektronik kecil.

Sistem, yang ukurannya sebanding dengan baterai AA, mengandung sejenis ganggang tidak beracun yang disebut sinkronis Ini secara alami memanen energi dari matahari melalui fotosintesis. Kemudian arus listrik kecil yang dihasilkannya berinteraksi dengan elektroda aluminium dan digunakan untuk memberi daya pada mikroprosesor.

Sistem ini terbuat dari bahan biasa, murah dan sebagian besar dapat didaur ulang. Ini berarti dapat dengan mudah diulang ratusan ribu kali untuk memberi daya pada sejumlah besar perangkat kecil sebagai bagian dari Internet of Things. Para peneliti mengatakan itu mungkin paling berguna dalam situasi off-grid atau di lokasi terpencil, di mana sejumlah kecil daya listrik bisa sangat bermanfaat.

“Internet of Things yang berkembang membutuhkan energi dalam jumlah yang meningkat, dan kami percaya ini harus berasal dari sistem yang dapat menghasilkan energi, daripada menyimpannya seperti baterai,” kata Profesor Christopher Howe dari Departemen Biokimia Universitas Cambridge. Co-senior penulis makalah.

Dia menambahkan: “Peralatan fotosintesis kami tidak bekerja seperti baterai karena terus-menerus menggunakan cahaya sebagai sumber energi.”

Dalam percobaan, perangkat tersebut digunakan untuk memberi daya pada Arm Cortex M0+, sebuah mikroprosesor yang banyak digunakan di perangkat IoT. Mereka beroperasi di lingkungan rumah dan kondisi semi-outdoor di bawah cahaya alami dan fluktuasi suhu terkait, dan setelah enam bulan produksi listrik terus menerus, hasilnya diserahkan untuk publikasi.

Studi ini diterbitkan dalam jurnal 12 Mei 2022 Ilmu Energi dan Lingkungan.

Dr Paolo Bombelli dari Departemen Biokimia Universitas Cambridge, penulis pertama makalah ini.

Alga tidak perlu makan, karena mereka membuat makanan sendiri saat mereka melakukan fotosintesis. Dan meskipun fotosintesis membutuhkan cahaya, perangkat dapat terus menghasilkan energi selama periode kegelapan. Para peneliti percaya ini karena ganggang memproses beberapa makanan mereka ketika tidak ada cahaya, dan ini terus menghasilkan arus listrik.

Internet of Things adalah jaringan perangkat elektronik yang luas dan berkembang – masing-masing menggunakan daya yang sangat kecil – yang mengumpulkan dan berbagi data waktu nyata melalui Internet. Dengan menggunakan chip komputer dan jaringan nirkabel murah, miliaran perangkat menjadi bagian dari jaringan ini – mulai dari jam tangan pintar hingga sensor suhu di pembangkit listrik. Jumlah ini diperkirakan akan meningkat menjadi satu triliun perangkat pada tahun 2035, membutuhkan sejumlah besar sumber daya portabel.

Para peneliti mengatakan bahwa menyalakan triliunan perangkat IoT dengan baterai lithium-ion tidak praktis: mereka akan membutuhkan lithium tiga kali lebih banyak daripada yang diproduksi di seluruh dunia setiap tahun. Perangkat PV konvensional diproduksi menggunakan bahan berbahaya yang memiliki dampak lingkungan yang merugikan.

Pekerjaan itu merupakan kolaborasi antara Universitas Cambridge dan Arm, sebuah perusahaan desain mikroprosesor terkemuka. Arm Research mengembangkan chip uji Arm Cortex M0+ yang sangat efisien, membuat papan, dan menyiapkan antarmuka cloud untuk mengumpulkan data yang ditampilkan dalam eksperimen.

Referensi: “Mendukung Mikroprosesor dengan Fotosintesis” Oleh P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, D. H. Green, A. Erbe, E. Ozer dan C. J. Howe, 12 Mei 2022, Tersedia di sini. Ilmu Energi dan Lingkungan.
DOI: 10.1039 / D2EE00233G

Penelitian ini didanai oleh National Center for Innovation in Biofilms.