Un recipiente con algas alimenta a un ordenador durante seis meses

Una colorida colonia de cianobacterias fotosintéticas, conocidas como algas verdeazuladas, han sido utilizadas por los investigadores para alimentar un microprocesador de forma continua durante un año, utilizando nada más que luz ambiental y agua.

 

La pequeña alternativa a las baterías de base biológica podría servir para alimentar pequeños dispositivos electrónicos sin elementos de tierras raras ni litio, materiales escasos y con una demanda creciente, según los investigadores que han realizado el estudio.

El sistema también podría ayudar a cerrar la brecha eléctrica, proporcionando otra fuente de alimentación para las personas de áreas rurales o países de bajos ingresos, dijo el autor principal del estudio, Chris Howe, bioquímico de la Universidad de Cambridge, en un comunicado de prensa.

El sistema, comparable en tamaño a una batería AA, contiene un tipo de alga no tóxica llamada Synechocystis que naturalmente recolecta energía del sol a través de la fotosíntesis. La pequeña corriente eléctrica que genera interactúa con un electrodo de aluminio y se utiliza para alimentar un microprocesador.

Durante el confinamiento pandémico, el sistema informático basado en algas se colocó en la ventana de la casa de otro bioquímico de Cambridge, Paolo Bombelli. Estuvo allí desde febrero hasta agosto de 2 021 y todo el tiempo estuvo funcionando, según un informe de New Scientist.

En los seis meses posteriores a la prueba oficial, el dispositivo basado en algas y la computadora siguieron funcionando.

Aunque desde entonces se ha desconectado el microprocesador, el dispositivo de cianobacterias continúa produciendo corriente. “Todavía está funcionando y espero que funcione durante mucho tiempo. Dadas las condiciones adecuadas de luz, temperatura y agua, no puedo predecir cuándo se detendrá”, dijo Bombelli

Las cianobacterias recolectan energía de la luz solar y la convierten en alimento para sí mismas. Para este estudio, los investigadores colocaron los microorganismos que proporcionan energía (específicamente, Synechocystis sp.) en un recipiente de plástico y acero, junto con un ánodo de aluminio.

Durante el experimento, el microprocesador fue programado para hacer un montón de cálculos y luego verificar su propio trabajo. Hizo esto continuamente en incrementos de 45 minutos, seguidos de 15 minutos de espera, durante meses con la unidad de cianobacterias como única fuente de energía.

Los investigadores ofrecieron dos hipótesis sobre cómo su sistema creó corriente. En el llamado modelo “electroquímico”, los microbios simplemente produjeron las condiciones adecuadas para que el ánodo de aluminio se oxidara o liberara electrones, que luego crean una salida eléctrica.

En el modelo “bioelectroquímico”, las cianobacterias mismas generaron electrones que se transfirieron a través de las membranas bacterianas al ánodo de aluminio, generando una corriente. Dado que el ánodo de aluminio no pareció degradarse mucho con el tiempo, los científicos creen que la última explicación es más probable que la primera.

A pesar de que las algas dependen de una fuente de luz para alimentarse, el biosistema continuó produciendo suficiente energía para hacer funcionar el microprocesador en la oscuridad. Los científicos atribuyen este fenómeno a las sobras. Cuando había luz, las cianobacterias cocinaban una sobreabundancia de alimentos, y cuando oscurecía, los microorganismos seguían comiendo los sobrantes.

"Nos impresionó la consistencia con la que funcionó el sistema durante un largo período de tiempo; pensamos que podría detenerse después de unas pocas semanas, pero siguió funcionando", dijo el Dr. Paolo Bombelli, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, primer autor del estudio.

La computadora, un microprocesador Arm Cortex-M0+, extrajo un promedio de 1,05 microvatios y una corriente eléctrica de 1,4 microamperios, con un voltaje de 0,72 V del cianocubo durante el transcurso del experimento. En comparación, una batería AA estándar comienza su vida útil con 1,5 V, y disminuye con el uso.

El sistema está hecho de materiales comunes, económicos y en gran parte reciclables. Esto significa que podría replicarse fácilmente cientos de miles de veces para alimentar una gran cantidad de dispositivos pequeños como parte del Internet de las cosas.

El creciente Internet de las cosas necesita una cantidad cada vez mayor de energía, y creemos que tendrá que provenir de sistemas que puedan generar energía, en lugar de simplemente almacenarla como baterías”, dijo el profesor Christopher Howe del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge. coautor principal del artículo. "Nuestro dispositivo fotosintético no se agota como lo hace una batería porque usa continuamente la luz como fuente de energía" agregó.

Aunque los resultados del experimento son prometedores, es importante tener en cuenta que el procesador de la computadora probada usa muy poca energía y sólo requiere 0,3 microvatios para funcionar.

En contexto, incluso una bombilla LED de bajo consumo utiliza alrededor de 10 vatios. Se necesita más investigación para saber exactamente cuánto podría escalar el diminuto dispositivo del tamaño de una batería AA. “Poner uno en tu tejado no proporcionará el suministro de energía para tu casa por ahora” concluye Howe.

Referencia:

P. Bombelli. et al. Powering a microprocessor by photosynthesis. Energy & Environmental Science. 2022. doi.org/10.1039/D2EE00233G

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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