جلبک‌ها انرژی موردنیاز ریزپردازندهای را برای بیش از شش ماه تأمین کردند
انرژی سبز یا همان انرژی تجدیدپذیر انرژی سودمندی است که از منابع تجدیدپذیر به‌دست می‌آید و در مقیاس زمانی انسانی به‌طور طبیعی دوباره به چرخه‌ی طبیعت بازمی‌گردد. به‌طور سنتی تولید الکتریسیته از منابعی مانند باد، خورشيد، گرمای درونی زمين و آب‌های روان رايج‌ترين نوع انرژی سبز محسوب مي‌شود. امروزه، انرژی‌های سبز چه از جنبه‌ی ملاحظات زيست‌محيطی و چه از جنبه‌ی اقتصادی برای دولت‌ها اهمیت زیادی دارند.
حالا به‌گزارش Gizmodo، محققان موفق شدند نوع جدیدی از انرژی سبز با عنوان انرژی سبز آبی را کشف کنند. طبق مطالعه‌ای که روز ۲۲ اردیبهشت در مجله‌ی Energy & Environmental Science منتشر شد، کلنی رنگارنگی از سیانوباکترهای فتوسنتزی، معروف به جلبک‌های سبز آبی، با موفقیت ریزپردازندهای را برای بیش از شش ماه فعال نگه داشتند.
محققان معتقدند که این ماده‌ی زیستی کوچک می‌تواند بدون نیاز به لیتیوم و عناصر خاکی کمیاب که تقاضای فزاینده دارند، به‌عنوان باتری جایگزینی برای تأمین انرژی الکترونیک عمل کند. کریس هاو، بیوشیمی‌دان دانشگاه کمبریج، در بیانیه‌ای مطبوعاتی اضافه کرد:
این سیستم می‌تواند با فراهم‌کردن منبع تغذیه‌ای جدید برای مناطق روستایی، به بحران کمبود برق نیز کمک کند.
این تحقیق با قراردادن کامپیوتری مجهز به منبع تغذیه‌ی جلبکی پشت پنجره‌ی بیو‌شیمی‌دانی به نام پائولو بومبلی در دوران همه‌گیری کووید-۱۹ آغاز شد. این کامپیوتر و سیستم جلبکی تأمین‌کننده‌ی انرژی آن (دستگاه سیانوباکتری) از فوریه تا آگوست ۲۰۲۱ (بهمن ۱۳۹۹ تا مرداد ۱۴۰۰) بدون وقفه کار می‌کردند و پس از تصمیم به بررسی رسمی نیز، شش ماه دیگر به کار خود ادامه دادند. طبق مطالعه‌ی انجام‌شده، دستگاه سیانوباکتری حتی بعد از جداکردن ریزپردازنده از آن، به تولید جریان ادامه می‌دهد. پائولو بومبلی افزود:
دستگاه سیانوباکتری هنوز فعال است و امیدوارم برای مدت طولانی نیز به فعالیتش ادامه دهد. شرایط مناسبی ازلحاظ نور و دما و آب برای آن مهیا است؛ اما نمی‌توان مدت‌زمان فعال‌ماندن آن را پیش‌بینی کرد.
سیانوباکتری‌ها از نور خورشید تغذیه می‌شوند و در این مطالعه، محققان میکروارگانیسم‌های تأمین‌کننده‌ی انرژی، به‌ویژه سویه‌ای از سیانوباکتری‌های تک‌سلولی آب شیرین به نام .Synechocystis sp را در محفظه‌ای پلاستیکی و فولادی در ابعاد یک باتری AA همراه با آنُدی آلومینیومی قرار دادند.
در این مطالعه، ریزپردازنده‌ی متصل به دستگاه طوری برنامه‌ریزی شده بود تا رشته محاسباتی را انجام دهد و سپس عملکرد خود را بررسی کند. انجام محاسبات و بررسی آن‌ها ۴۵ دقیقه طول می‌کشید و سپس ریزپردازنده ۱۵ دقیقه در حالت Standby قرار می‌گرفت. این فرایند ماه‌ها بدون توقف تکرار شد و تنها منبع تأمین انرژی الکترونیک آن نیز همان دستگاه سیانوباکتری بود.
کریس هاو (چپ) و پائولو بومبلی (راست) که دستگاه سیانوباکتری و فلاسک حاوی محلول آن را در دست دارند.
محققان برای چگونگی تولید جریان در این سیستم دو فرضیه مطرح کردند:
- مدل موسوم به الکتروشیمیایی: در این مدل، میکروب‌ها با فراهم‌کردن شرایط مناسبی برای اکسیدشدن آنُد آلومینیوم یا آزادکردن الکترون‌ها، خروجی الکتریکی ایجاد می‌کنند.
- مدل موسوم به بیوالکتروشیمیایی: در این مدل، خودِ سیانوباکتری‌ها الکترون‌هایی تولید می‌کنند و این الکترون ازطریق غشاهای باکتری به آنُد آلومینیومی منتقل می‌شود و جریان ایجاد می‌کنند.
ازآن‌‌جاکه آنُد آلومینیوم دستگاه سیانوباکتری با گذشت زمان تقریباً سالم مانده است، دانشمندان فرضیه‌ی دوم، یعنی مدل «بیو الکتروشیمیایی» را محتمل‌تر می‌دانند.
با اینکه جلبک‌ها برای ادامه‌ی حیات خود به منبع نور متکی هستند، این ماده‌ی زیستی کوچک توانست در تاریکی هم انرژی کافی برای فعالیت ریزپردازنده را تأمین کند. درواقع، دانشمندان دریافتند که سیانوباکتری‌ها در روشنایی و حضور نور علاوه‌بر تغذیه، غذای موردنیاز خود را برای زمان‌های تاریکی نیز تولید می‌کردند.
کامپیوتر آزمایش در این مطالعه، ریزپردازندهای به نام Arm Cortex-M0+ است که به‌طور متوسط می‌تواند ۱٫۰۵ میکرووات برق و جریان الکتریکی ۱٫۴ میکروآمپر و ولتاژ ۰٫۷۲ ولت تولید کند. در مقام مقایسه، هر باتری AA در ابتدای تولید می‌تواند ولتاژی برابر ۱٫۵ ولت تولید کند.
با اینکه نتایج بررسی سیانوباکتری‌ها امیدوارکننده به‌نظر می‌رسد، باید توجه کرد که ریزپردازنده‌ی به‌کاررفته در این بررسی انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند و برای فعالیت تنها به ۰٫۳ میکرووات برق نیاز دارد و طبق گفته‌ی کریس هاو، هنوز برای تصمیم درباره‌ی استفاده از سیانوباکتری‌ها در مقیاس‌های بزرگ‌تر به تحقیقات بیشتری نیاز است:
قراردادن سیستمی مجهز به سیانوباکتری‌ها روی پشت‌بام هنوز توانایی تأمین انرژی موردنیاز خانه‌ی شما را ندارد.