Uma célula fotovoltaica biológica confiável e renovável

Este sistema, contendo algas verde-azuladas, alimentou um microprocessador continuamente por um ano usando nada além de luz ambiente e água. Crédito: Paulo Bombelli

Computação movida a algas

Os cientistas usaram uma espécie difundida de algas verde-azuladas para alimentar um microprocessador continuamente por um ano – e contando – usando nada além de luz ambiente e água. Seu sistema tem potencial como uma maneira confiável e renovável de alimentar pequenos dispositivos eletrônicos.

O sistema, comparável em tamanho a uma bateria AA, contém um tipo de alga não tóxica chamada Synechocystis que capta energia naturalmente do sol através da fotossíntese. A pequena corrente elétrica que isso gera interage com um eletrodo de alumínio e é usada para alimentar um microprocessador.

O sistema é feito de materiais comuns, baratos e principalmente recicláveis. Isso significa que ele pode ser facilmente replicado centenas de milhares de vezes para alimentar um grande número de pequenos dispositivos como parte da Internet das Coisas. Os pesquisadores dizem que é provável que seja mais útil em situações fora da rede ou locais remotos, onde pequenas quantidades de energia elétrica podem ser muito benéficas.

“A crescente Internet das Coisas precisa de uma quantidade cada vez maior de energia, e achamos que isso terá que vir de sistemas que possam gerar energia, em vez de simplesmente armazená-la como baterias”, disse o professor Christopher Howe, do Departamento de Bioquímica da Universidade de Cambridge, co-autor sênior do artigo.

Ele acrescentou: “Nosso dispositivo fotossintético não funciona como uma bateria porque está continuamente usando a luz como fonte de energia”.

No experimento, o dispositivo foi usado para alimentar um Arm Cortex M0+, que é um microprocessador amplamente utilizado em dispositivos de Internet das Coisas. Operou em ambiente doméstico e semi-exterior sob luz natural e flutuações de temperatura associadas, e após seis meses de produção contínua de energia os resultados foram submetidos para publicação.

O estudo foi publicado em 12 de maio de 2022, na revista Energia e Ciências Ambientais.

“Ficamos impressionados com a consistência com que o sistema funcionou por um longo período de tempo – pensamos que poderia parar depois de algumas semanas, mas continuou”, disse o Dr. Paolo Bombelli, do Departamento de Bioquímica da Universidade de Cambridge, primeiro autor do livro o papel.

A alga não precisa de alimentação, pois cria seu próprio alimento enquanto faz fotossíntese. E apesar do fato de que a fotossíntese requer luz, o dispositivo pode até continuar produzindo energia durante períodos de escuridão. Os pesquisadores acham que isso ocorre porque as algas processam parte de seus alimentos quando não há luz, e isso continua gerando uma corrente elétrica.

A Internet das Coisas é uma vasta e crescente rede de dispositivos eletrônicos – cada um usando apenas uma pequena quantidade de energia – que coleta e compartilha dados em tempo real pela Internet. Usando chips de computador de baixo custo e redes sem fio, muitos bilhões de dispositivos fazem parte dessa rede – de smartwatches a sensores de temperatura em centrais elétricas. Espera-se que esse número cresça para um trilhão de dispositivos até 2035, exigindo um grande número de fontes de energia portáteis.

Os pesquisadores dizem que alimentar trilhões de dispositivos da Internet das Coisas usando baterias de íons de lítio seria impraticável: seria necessário três vezes mais lítio do que é produzido anualmente em todo o mundo. E os dispositivos fotovoltaicos tradicionais são feitos com materiais perigosos que têm efeitos ambientais adversos.

O trabalho foi uma colaboração entre a Universidade de Cambridge e a Arm, uma empresa que lidera o design de microprocessadores. A Arm Research desenvolveu o chip de teste Arm Cortex M0+ ultraeficiente, construiu a placa e configurou a interface de nuvem de coleta de dados apresentada nos experimentos.

Referência: “Powering a microprocessor by photosynthesis” por P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, DH Green, A. Erbe, E. Årstøl, I. Jevremovic, MF Hohmann-Marriott, SP Trasatti, E. Ozer e CJ Howe, 12 de maio de 2022, Energia e Ciências Ambientais.
DOI: 10.1039/D2EE00233G

A pesquisa foi financiada pelo National Biofilms Innovation Center.