Representação esquemática do mecanismo simplificado de geração de energia pela célula a combustível microbiana bentônica (BMFC), sem a caixa marcada com '5' correspondente à fotossíntese, e para a célula de combustível solar microbiana fotoeletroquímica microbiana (SMFC) relatada aqui, com a caixa rotulada 5. Outros rótulos incluem:(1) reação anódica catalisada por biofilme; (2) reação catódica catalisada por biofilme; (3) reação fermentativa, e (4) a barreira microbiana ao oxigênio. Crédito:(Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA)
O Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL), Centro de Ciência e Engenharia Biomolecular, recebeu uma patente dos EUA para uma automontagem, auto-reparador, e células solares fotoeletroquímicas microbianas autocontidas movidas inteiramente pela luz solar e microorganismos.
Uma célula de combustível solar microbiana (SMFC) é um sistema não baseado em semicondutor, que emprega microorganismos para gerar energia elétrica, reabastecendo fotossinteticamente reagentes de uma célula de combustível microbiana selada usando a luz solar.
Os reagentes SMFC (glicose e oxigênio) são regenerados internamente por um grupo de micróbios fotossintéticos cujos reagentes, dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), são os produtos da célula de combustível microbiana. Essa interdependência resulta em muitos milhares de horas de geração de eletricidade a longo prazo a partir da luz solar, sem reposição dos reagentes da célula de combustível microbiana.
"Sistemas fotossintéticos naturais, como árvores e flores de algas, autorreparação, uma propriedade que os torna altamente duráveis, "disse o Dr. Lenny Tender, químico de pesquisa, Centro de Ciência e Engenharia Bio / Molecular. "Aqui, incorporamos organismos fotossintéticos com a célula a combustível microbiana bentônica de auto-montagem e auto-manutenção (BMFC) para permitir células solares fotoeletroquímicas terrestres duráveis. "
O BMFC gera energia elétrica oxidando matéria orgânica (combustível) residente na água dos poros do sedimento com oxigênio (oxidante) na água sobrejacente, e consiste em um ânodo embutido no sedimento marinho conectado por um circuito elétrico externo a um cátodo posicionado na água sobrejacente. Ao contrário do gerador BMFC marítimo aberto, o aparelho SMFC não requer um fluxo infinito de reagentes de sedimentos e água do mar para gerar energia de forma persistente, mas ao invés, recicla a matéria orgânica selada dentro da unidade para regenerar os reagentes.
"Microorganismos colhidos da água do mar em ambientes costeiros rasos, em abundância relativamente baixa, tornam-se enriquecidos quando a célula é selada devido ao acúmulo de dióxido de carbono e esgotamento de oxigênio na água sobrejacente, "Tender disse." Esses organismos usam a luz solar para converter os produtos do eletrodo em glicose e oxigênio, que pode ser reutilizado nas reações do eletrodo, eliminando a necessidade de um fluxo constante de nova glicose e oxigênio. "
Tender acrescentou que o SMFC combina armazenamento de energia com fornecimento de energia. Significado, quando há luz solar abundante, a fotossíntese resultará na geração de combustível e oxidante, alguns dos quais podem ser usados para gerar energia imediatamente, e o restante acumulado para ser usado posteriormente quando não houver sol. Isso é feito idealmente sem a necessidade de dispositivos de armazenamento de capacitor ou bateria.
O SMFC pode ser 'empilhado' em série para aumentar a tensão e pode alimentar qualquer dispositivo que atualmente use uma fonte de alimentação fotovoltaica convencional. Contudo, trabalho está em andamento para entender os fatores limitantes.
