Präzisions-Ag-Sensoren könnten durch den Boden angetrieben werden, den sie überwachen

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Die sichtbarsten Arten sauberer Technologien erhalten (natürlich) die meiste Berichterstattung, sodass Elektrofahrzeuge, Solar- und Windparks und andere Arten emissionsfreier Lösungen in den Medien viel Beachtung finden, aber es gibt auch viele andere Arten sauberer Technologien Innovationen, die für jeden außer den in der Branche Tätigen praktisch unsichtbar sind.

Ein Beispiel für eine Clean-Tech-Anwendung, die bei weitem nicht so bekannt ist, aber im Laufe der Zeit große Auswirkungen haben kann, ist der Einsatz von Sensoren auf Bauernhöfen und Feldern, die es Landwirten ermöglichen, genau zu wissen, wann und wie viel gegossen werden muss B. den pH-Wert des Bodens, den Gehalt an Bodennährstoffen usw. und um Einblicke in eine Vielzahl anderer Variablen zu gewinnen. PräzisionslandwirtschaftObwohl es weit entfernt ist vom romantischen Ideal des kleinen Familienbauernhofs des Großvaters, ermöglicht es die Produktion von mehr Nahrungsmitteln auf der gleichen Fläche und mit der gleichen Menge an Ressourcen, was im Wesentlichen zur Optimierung des Ackerlandes und zur Steigerung seiner Effizienz führt.

Alle für die Präzisionslandwirtschaft benötigten Sensoren benötigen eine Stromversorgung, beispielsweise Batterien und/oder Solarpaneele. In naher Zukunft könnte der Strom für viele landwirtschaftliche Sensoren jedoch direkt aus dem Boden stammen, den sie überwachen.

Ein Forscherteam der Northwestern University veröffentlichte kürzlich die Ergebnisse ihrer Arbeit mit einem neuen Brennstoffzellentyp, einer bodenmikrobiellen Brennstoffzelle, um Agrarsensoren mit Strom zu versorgen und die gesammelten Daten drahtlos an eine Basisstation zu übertragen.

„Wenn Sie einen Sensor in der Wildnis, auf einem Bauernhof oder in einem Feuchtgebiet einsetzen möchten, müssen Sie entweder eine Batterie einbauen oder Sonnenenergie gewinnen. Sonnenkollektoren funktionieren in schmutzigen Umgebungen nicht gut, da sie mit Schmutz bedeckt werden, nicht funktionieren, wenn die Sonne nicht scheint, und viel Platz beanspruchen. Auch Batterien stellen eine Herausforderung dar, da ihnen die Energie ausgeht. Landwirte werden nicht um einen 100 Hektar großen Bauernhof herumgehen, um regelmäßig Batterien auszutauschen oder Sonnenkollektoren zu entstauben.“ — Bill Yen, Hauptautor

„Die vollständig bodenbetriebene Technologie hat etwa die Größe eines Standard-Taschenbuchs und könnte unterirdische Sensoren antreiben, die in der Präzisionslandwirtschaft und der grünen Infrastruktur eingesetzt werden. Dies könnte möglicherweise eine nachhaltige, erneuerbare Alternative zu Batterien darstellen, die giftige, brennbare Chemikalien enthalten, die in den Boden gelangen, mit konfliktreichen Lieferketten behaftet sind und zum ständig wachsenden Problem des Elektroschrotts beitragen.“

Diese Art von Energieversorgungssystem mit geringem Stromverbrauch könnte viele Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit haben, da wir zunehmend alles um uns herum im Hinblick auf Effizienz und Produktivität überwachen und verwalten, und die Forschung, die sich speziell mit „bodenbasiertem Computing“ befasste, könnte dazu führen weitere Fortschritte bei der Erzeugung sauberer Elektronen für unsere elektrifizierte Zukunft.

„Diese Mikroben sind allgegenwärtig; Sie leben bereits überall im Boden. Wir können sehr einfach konstruierte Systeme verwenden, um ihren Strom zu erfassen. Wir werden nicht ganze Städte mit dieser Energie versorgen. Aber wir können winzige Energiemengen gewinnen, um praktische Anwendungen mit geringem Stromverbrauch voranzutreiben.“ – George Wells, leitender Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen

Laut dem Team ist die neue bodenbasierte mikrobielle Brennstoffzelle nicht nur das produzierte 68-mal mehr Strom, als zum Betrieb seiner Sensoren erforderlich waraber alle Komponenten, die zum Bau der Brennstoffzelle benötigt werden“kann in einem örtlichen Baumarkt gekauft werden.”

Der Co-Autor der Studie, Josiah Hester, sagte: „Durch die COVID-19-Pandemie wurde uns allen bewusst, wie eine Krise die globale Lieferkette für Elektronik stören kann. Wir wollen Geräte bauen, die lokale Lieferketten und kostengünstige Materialien nutzen, damit Computer für alle Gemeinschaften zugänglich sind.“ Die Forscher sagten, dass ein nächster Schritt für sie die Entwicklung einer bodenmikrobiellen Brennstoffzelle aus vollständig biologisch abbaubaren Materialien sei, was ein weiteres Schlüsselelement für Nachhaltigkeit sei.

Die Studie, “Bodengestütztes Computing: Der Leitfaden für Ingenieure zum praktischen Design bodenmikrobieller Brennstoffzellen,“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Tagungsband der Association for Computing Machinery zu interaktiven, mobilen, tragbaren und allgegenwärtigen Technologien.