Ein Forschungsteam der
Northwestern Universität in den Vereinigten Staaten hat kürzlich eine innovative Technologie entwickelt, die in der Lage ist, die Energie von im Boden vorhandenen Mikroben in Elektrizität umzuwandeln. Dieser vielversprechende Fortschritt ebnet den Weg für eine neue Ära in der Präzisionslandwirtschaft, indem er eine nachhaltige Energiequelle für die in diesem Bereich verwendeten Sensoren bietet.
Fotoanerkennung: Bill Yen/Northwestern University
Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennstoffzellen, die chemische Substanzen verwenden, nutzt die Mikroben-Brennstoffzelle (MFC) Bodenbakterien zur Stromerzeugung. Dieser Prozess, der seit mehr als einem Jahrhundert bekannt ist, wurde bisher wenig genutzt. MFCs funktionieren, indem sie Elektronen einfangen, die von Mikroben freigesetzt werden, wenn sie organische Materie verbrauchen, und bieten damit eine erneuerbare und umweltfreundliche Energiequelle.
In dieser Studie haben die Forscher traditionelle Hindernisse, die MFCs gegenüberstanden, wie den Bedarf an einer kontinuierlichen Versorgung mit Wasser und Sauerstoff sowie die eingeschränkte Leistung bei Feuchtigkeitsmangel, überwunden. Sie haben ein Modell einer Brennstoffzelle in Form einer Patrone entwickelt, mit einer horizontal tief im Boden vergrabenen Anode, um Elektronen von Mikroorganismen zu erfassen, und einer vertikal nahe der Oberfläche liegenden Kathode.
Dieses Design ermöglicht es der Brennstoffzelle, bei verschiedenen Bodenfeuchtigkeitsniveaus konsistent zu arbeiten und durchschnittlich 68-mal mehr Energie zu erzeugen als nötig, um die Sensoren zu betreiben. Darüber hinaus bietet sie eine um 120 % höhere Leistung als ähnliche Technologien, was sie äußerst effizient für die Präzisionslandwirtschaft macht.
Schema der Mikroben-Brennstoffzelle ? Fotoanerkennung: Bill Yen/Northwestern University
Die Forscher fügten den durch die Brennstoffzelle betriebenen Sensoren zudem eine winzige Antenne hinzu, die es ihnen ermöglicht, Daten in Echtzeit an eine Basisstation zu übermitteln. Diese Technologie bietet somit die Möglichkeit, Bodenelemente wie Feuchtigkeit, Schadstoffe und Nährstoffe nachhaltig und effizient genau zu überwachen.
Schließlich sind alle Komponenten dieser Mikroben-Brennstoffzelle leicht verfügbar, was eine Produktion im großen Maßstab in naher Zukunft ermöglicht. Diese Fortschritte könnten die Präzisionslandwirtschaft revolutionieren, indem sie eine nachhaltige und zugängliche Energiequelle für die Überwachung und Optimierung der Bodengesundheit landwirtschaftlicher Böden bieten.
Artikelverfasser: Cédric DEPOND
Quelle: Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies