Грязь вместо батареек: новый почвенный топливный элемент работает годами

Микробы в почве разлагают органические вещества и при этом выделяют электроны. Новая конструкция использует горизонтальный анод, закопанный в грунт, и вертикальный катод на воздухе. Благодаря этому элемент работает даже при низкой влажности почвы (от 41 %) и при временном затоплении.

Один такой элемент размером примерно с книгу в мягкой обложке производит в среднем от 15 до 50 микроватт энергии. Этого достаточно, чтобы питать сверхэкономичный подземный сенсор. По данным испытаний, устройство вырабатывает в 68 раз больше энергии, чем требуется для работы подключённого к нему датчика влажности почвы. В реальных полевых условиях прототипы успешно работали около 9 месяцев без замены и обслуживания.

Главное преимущество — долговечность и полная автономность. Пока в почве остаётся органика, элемент продолжает вырабатывать ток. Не нужно менять батарейки, устанавливать солнечные панели или тянуть провода. Такие «грязевые батарейки» идеально подходят для долгосрочного мониторинга сельскохозяйственных полей, лесов, болот и других труднодоступных мест.

Авторы разработки из Университета Северной Каролины подчёркивают, что их версия значительно проще и надёжнее предыдущих почвенных топливных элементов. Теперь подобные устройства могут стать реальным решением для «интернета вещей» в сельском хозяйстве и экологическом мониторинге.

Конечно, мощность элемента очень мала — на уровне микроватт. Он не заменит обычные батарейки в смартфоне или фонарике. Зато для маломощных сенсоров, которые должны работать годами без вмешательства человека, это отличное и экологичное решение.
Открытие показывает, что обычная почва — не просто грунт, а настоящий живой генератор энергии, который можно использовать без вреда для природы.

Источник: Yen B. et al. Soil-Powered Computing: The Engineer's Guide to Practical Soil Microbial Fuel Cell Design. Proc. ACM Interact. Mob. Wearable Ubiquitous Technol. (2024). https://doi.org/10.1145/3631410