Сегодня большинство подводных датчиков — от военно-морских систем слежения до экологических станций — работают от батарей. А батареи нужно регулярно заменять или заряжать. В условиях открытого океана это означает сложные и дорогие экспедиции, особенно если прибор находится на глубине сотни метров. Идея микробного топливного элемента (МТЭ) — сделать так, чтобы энергия вырабатывалась прямо на месте.

Микробный топливный элемент использует бактерии, которые в процессе своего метаболизма переносят электроны. Внутри элемента электроны движутся от анода к катоду, создавая электрический ток. В природе такая способность есть у многих микроорганизмов, живущих в донных осадках и воде. В отличие от водородных топливных элементов, здесь не нужен чистый водород или платиновые катализаторы — только бактерии и органика.

В сточных водах или заболоченных грунтах органики много — поэтому лабораторные образцы МТЭ работают отлично. Но в открытом море концентрация растворенного органического вещества низкая. Кроме того, кислород в воде мешает бактериям эффективно отдавать электроны. Чтобы обойти эти проблемы, инженеры из Мичиганского технологического университета добавили внутрь трубчатых топливных элементов гранулированный активированный уголь. Уголь концентрирует органику на своей поверхности и служит идеальным субстратом для биопленки — бактерии чувствуют себя защищенно и продолжают генерировать ток даже в насыщенной кислородом среде.

Новая версия системы имеет модульную конструкцию. У каждого блока собственный насос и плата управления, что упрощает масштабирование — чем больше элементов, тем выше мощность. Команда уже провела успешное 30-дневное погружение в Чесапикском заливе: прототипы стабильно вырабатывали электричество, полностью находясь под водой. Следующие испытания в заливе Галвестон показали, что три из четырех блоков работают корректно.

Ученые также создали прогностические модели, которые по спутниковым данным о цвете воды, температуре и содержании хлорофилла позволяют предсказать, где в Мировом океане МТЭ будут производить достаточно энергии.

Сейчас команда готовится к испытаниям десяти топливных ячеек в Чесапикском заливе, чтобы оценить долговременную производительность системы, пишет IE.

Микробные топливные элементы известны человечеству уже свыше сотни лет. Однако их ненадежность и низкая выходная мощность препятствовали созданию экономически выгодных МТЭ, особенно для среды с низкой влажностью. Команда ученых из Северо-Западного университета придумала пару лет назад, как сделать их эффективными.