Cientistas dos EUA desenvolveram um projeto eficaz para células de combustível microbianas (MFC ou MFC – célula de combustível microbiana), cujas peças podem ser encontradas nas prateleiras das lojas. A ideia de tais elementos foi proposta há cerca de 100 anos, mas até agora não houve aplicação para eles. Hoje, tais fontes de alimentação podem ser úteis para sensores autônomos com baixo consumo e isso pode dar um começo de vida à tecnologia.
Fonte da imagem: Bill Yen/Northwestern University
As células a combustível microbianas atuam na capacidade das bactérias, no processo de alimentação de resíduos orgânicos no substrato – literalmente na sujeira – de arrancar elétrons e transferi-los para o ânodo. Na nova bateria, o ânodo é feito de um material de carbono poroso em forma de disco na parte inferior. As bactérias vivem nele e liberam elétrons enquanto se alimentam. Os processos ocorrem sem acesso ao oxigênio. Para funcionar, a bateria deve estar imersa de cabeça para baixo na lama, quase até o topo.
Para o desempenho a longo prazo de tais elementos, uma condição importante era a manutenção de alta umidade do substrato. O não cumprimento poderá anular o uso de células de combustível microbianas. Além disso, a disseminação dos MFCs foi anteriormente dificultada pela baixa produção de energia. Para sensores independentes modernos, fontes de baixa potência não são um problema. Quanto às mudanças de umidade, cientistas da Northwestern University criaram um projeto de bateria para que ela pudesse ser localizada o mais profundamente possível no solo, onde as flutuações de umidade são menores.
Você não pode mergulhar completamente essa bateria na sujeira. Para que ocorram reações redox no cátodo, o que leva ao fluxo de corrente elétrica, o cátodo deve ter acesso ao oxigênio. O cátodo da nova bateria é posicionado verticalmente perpendicular ao ânodo do disco na parte inferior da célula. A parte externa do cátodo é revestida por um revestimento hidrorrepelente, que garante o contato com o ar. O lado interno do cátodo é coberto por uma membrana seletiva de íons. A membrana fica voltada para o interior de um recipiente vazio com uma tampa que o protege da entrada de sujeira.
Os testes do projeto mostraram operação estável em vários níveis de umidade do solo, desde completamente saturado com umidade até “moderadamente seco” com 41% de água por volume. Em média, a célula produziu cerca de 68 vezes mais energia do que o necessário para operar os sensores mais simples de umidade e toque, e também forneceu o transmissor para enviar dados à estação base.
«Se imaginarmos um futuro com trilhões desses dispositivos [sensores autônomos], não seremos capazes de fabricar cada um deles movidos a lítio, metais pesados e outras substâncias tóxicas perigosas para o meio ambiente, dizem os desenvolvedores. “Precisamos encontrar alternativas que possam fornecer pequenas quantidades de energia para alimentar uma rede descentralizada de dispositivos.” Em busca de soluções, recorremos às células de combustível microbianas do solo, que utilizam micróbios especializados para decompor o solo e produzir pequenas quantidades de energia para alimentar sensores. Desde que o solo tenha a matéria orgânica necessária para a nutrição e decomposição microbiana, a célula de combustível pode durar potencialmente para sempre.”