Rappresentazione schematica del meccanismo semplificato di generazione di energia da parte della cella a combustibile microbico bentonico (BMFC), senza scatola etichettata '5' corrispondente alla fotosintesi, e per la cella a combustibile microbica solare microbica fotoelettrochimica microbica (SMFC) qui riportata, con scatola etichettata 5. Altre etichette includono:(1) reazione anodica catalizzata da biofilm; (2) reazione catodica catalizzata da biofilm; (3) reazione fermentativa, e (4) la barriera microbica all'ossigeno. Credito:(Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti)
Il Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti (NRL), Centro per la scienza e l'ingegneria biomolecolare, ha ricevuto un brevetto USA per un autoassemblante, autoriparante, e cella solare fotoelettrochimica microbica autonoma guidata interamente dalla luce solare e dai microrganismi.
Una cella a combustibile microbico solare (SMFC) è un sistema non basato su semiconduttori, che impiega microrganismi per generare energia elettrica reintegrando in modo fotosintetico i reagenti di una cella a combustibile microbica sigillata utilizzando la luce solare.
I reagenti SMFC (glucosio e ossigeno) sono rigenerati internamente da un gruppo di microbi fotosintetici i cui reagenti, anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O), sono i prodotti della cella a combustibile microbica. Questa interdipendenza si traduce in molte migliaia di ore di generazione di elettricità a lungo termine dalla luce solare senza reintegro dei reagenti microbici delle celle a combustibile.
"Sistemi fotosintetici naturali, come alberi e fiori di alghe, autoriparazione, una proprietà che li rende altamente durevoli, " ha detto il dottor Lenny Tender, chimico di ricerca, Centro per la scienza e l'ingegneria bio/molecolare. "Qui, incorporiamo organismi fotosintetici con la cella a combustibile microbico bentonico autoassemblante e autosufficiente (BMFC) per consentire celle solari fotoelettrochimiche durevoli a terra".
Il BMFC genera energia elettrica ossidando la materia organica (combustibile) che risiede nell'acqua dei pori dei sedimenti con l'ossigeno (ossidante) nell'acqua sovrastante, ed è costituito da un anodo annegato nel sedimento marino collegato da un circuito elettrico esterno ad un catodo posizionato nell'acqua sovrastante. A differenza del generatore BMFC marino aperto, l'apparato SMFC non richiede un flusso infinito di reagenti dai sedimenti e dall'acqua di mare per generare energia in modo persistente, ma invece, ricicla la materia organica sigillata all'interno dell'unità per rigenerare i reagenti.
"Microrganismi raccolti dall'acqua di mare in ambienti costieri poco profondi, in abbondanza relativamente bassa, si arricchiscono quando la cella è sigillata a causa dell'accumulo di anidride carbonica e dell'esaurimento di ossigeno nell'acqua sovrastante, "Terre ha detto. "Questi organismi usano la luce solare per convertire i prodotti degli elettrodi in glucosio e ossigeno, che può essere riutilizzato nelle reazioni degli elettrodi eliminando la necessità di un flusso costante di nuovo glucosio e ossigeno."
Tender ha aggiunto che l'SMFC combina l'accumulo di energia con l'erogazione di energia. Significato, quando c'è abbondante luce solare, la fotosintesi porterà alla generazione di combustibile e ossidante, alcuni dei quali possono essere utilizzati per generare energia immediatamente, e il resto accumulato per essere utilizzato in seguito quando non c'è il sole. Questo è idealmente fatto senza la necessità di condensatori o dispositivi di accumulo della batteria.
L'SMFC può essere "impilato" in serie per aumentare la tensione e può alimentare qualsiasi dispositivo che attualmente utilizza un alimentatore fotovoltaico convenzionale. Però, sono in corso lavori per comprendere i fattori limitanti.
