La nuova tecnologia è abbastanza robusta da resistere a siccità e inondazioni
(Rinnovabili.it) – Potrebbe alimentare i sensori sotterranei utilizzati nell’agricoltura di precisione e nelle infrastrutture verdi offrendo un’alternativa sostenibile e rinnovabile alle batterie a ioni di litio. Parliamo della nuova cella a combustibile microbica tascabile progettata da un gruppo di ricercatori della Northwestern University, in collaborazione con colleghi dell’Università della California a San Diego.
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Microbial Fuel Cell, cosa sono?
La tecnologia di per sé non rappresenta una novità. Le “Microbial Fuel Cell – MFC” o celle a combustibile microbiche nascono negli anni trenta dello scorso secolo, attirando parecchio interesse scientifico a partire dagli anni ’80. Di cosa si tratta? Di dispositivi bioelettrochimici che generano corrente sfruttando gli elettroni prodotti dall’ossidazione batterica di materiale organico. Dalle acque reflue alla terra.
Il loro punto debole sono le prestazioni, ostacolate da materiali per elettrodi ancora troppo costosi e di breve durata. E per le “Soil MFC”, ossia la versione basata su microbi del suolo, si aggiunge un’ulteriore sfida: i dispositivi devono essere riforniti costantemente di acqua e ossigeno pur rimanendo sepolti nel terreno. “Sebbene le MFC esistano come concetto da più di un secolo, prestazioni inaffidabili e bassa potenza di uscita hanno ostacolato gli sforzi per farne un uso pratico, soprattutto in condizioni di bassa umidità”, ha affermato ha affermato Bill Yen, tra gli autori della ricerca.
La nuova cella a combustibile microbica
Yen e colleghi hanno lavorato per due anni sullo sviluppo di un nuovo design per le celle a combustibile microbiche basate sul suolo. Il prototipo con le migliori prestazioni è stato realizzato impiegando un anodo in feltro di carbonio, posto orizzontalmente rispetto alla superficie del terreno, e un catodo posto verticalmente sopra l’anodo, realizzato in metallo conduttivo.
Sebbene l’intera unità sia interrata, il design verticale garantisce che l’estremità superiore sia a filo con la superficie del terreno. A questo livello un piccolo foro collegato ad una camera d’aria vuota (che corre lungo il catodo) consente un rifornimento d’aria costante. L’estremità inferiore del catodo rimane nascosta in profondità, garantendo che rimanga idratata dal terreno umido anche quando la superficie si asciuga. Inoltre i ricercatori hanno anche rivestito parte dell’elettrodo con materiale impermeabilizzante per consentirgli di respirare anche durante un’alluvione.
Prestazioni migliorate del 120%
Per testare la nuova cella a combustibile microbica, il gruppo l’hanno utilizzata per alimentare alcuni sensori a terra, impiegati per monitorare gli animali di passaggio. Il risultato? Non solo la cella ha funzionato sia in condizioni di umidità che di asciutto, ma la sua potenza ha anche superato del 120% quella di tecnologie simili.
Il funzionamento è strettamente legato alla presenza di carbonio nel terreno. E come spiegano gli scienziati finché è presente, i microbi possono alimentarsi e la fuel cell microbica può potenzialmente “durare per sempre”. “Questi microbi sono onnipresenti; vivono già nel suolo ovunque”, ha sottolineato George Wells della Northwestern e autore senior dello studio. “Possiamo utilizzare sistemi ingegnerizzati molto semplici per catturare la loro elettricità. Non alimenteremo intere città con questa energia. Ma possiamo catturare piccole quantità di energia per alimentare applicazioni pratiche a basso consumo”.