Солнечная энергия однажды может быть накоплена в земле под нашими ногами, если «смелый» новый проект по созданию «почвенной батареи» удастся реализовать.
Дизайн — использующий бурную микробную жизнь Земли для передачи энергии — является одной из десятков блестящих идей, недавно получивших значительное финансирование от правительства Великобритании.
Как и в случае с песком и водяными аккумуляторами, исследователи из Кардиффского университета привлекают обильный природный ресурс для решения проблемы хранения возобновляемой энергии.
UK Research and Innovation инвестирует £15 миллионов (€16,9 миллиона) в зарождающуюся технологию, а также в 67 других проектов, которые признают «высокорисковыми», но имеют «потенциально преобразующее влияние».
«Возможный масштаб этого воздействия действительно захватывающий», — говорит ведущий исследователь доктор Майкл Харботтл Euronews Green. «Увидеть что-то действительно новое, возможно, сильное влияние — вот что движет нами.»
Впервые он пришёл к этой идее, прочитав о бетонной батарее, использующей химический процесс, и задумался, не может ли биохимический процесс предложить что-то большее.
Как почва может накапливать солнечную энергию?
Область исследований Харботла пока является абстрактной. Но он не первый, кто осознал потенциал почвы таким образом.
«Есть много примеров, когда люди фактически просто кладут почву в банку, ставят пару электродов и соединяют их вместе», — говорит он.
Добавление солнечной энергии требует чего-то более сложного. План состоит в том, чтобы передавать электричество от солнечных панелей на зарытые электроды, тем самым стимулируя определённые бактерии в почве.
«Если вы сделаете энергию доступной для микроорганизмов, они будут использовать её каким-то образом для выживания», — объясняет Харботтл. «Точно так же, как при обеспечении пищей, если вы обеспечиваете электрическую энергию, существуют организмы, которые могут использовать её для проведения электросинтеза, когда они синтезируют [комбинируют] молекулы на основе углекислого газа.»
Немного похоже на фотосинтез — когда растения поглощают CO2 и преобразуют его в своих клетках — но всё это происходит под землёй. Электрическая энергия, CO2, действие: «жуки», как их называет Харботтл, начинают работать, используя энергию для уменьшения углекислого газа и создания более сложной молекулы под названием ацетат.
Этот ацетат, который он описывает как тот же тип молекулы, что и в уксусе без кислоты, действует как химический запас энергии. При необходимости включается другой контур (известный как микробный топливный элемент), который активирует другой набор бактерий для расщепления ацетата.
Эти паразиты высвобождают электроны, которые проходят по цепи, обеспечивая электричество по требованию. Ещё один странный этап в 150-миллионном километровом путешествии солнечного света к Земле.
Почва может предложить подземную альтернативу литию
Почва невероятно разнообразна; Одна чайная ложка содержит более 10 000 видов микробов. Исследователи хотят использовать некоторые из уже существующих организмов, выбирая наиболее подходящие для задачи, создавая для них оптимальные условия.
«Одно из преимуществ этой идеи в том, что она не требует ограниченных ресурсами или опасных химикатов, таких как литий, которые используются в других технологиях аккумуляторов», — говорит Харботтл. «Он образует органические молекулы, которые часто присутствуют в почве, и которые естественным образом производятся микроорганизмами в меньших количествах.»
Ацетат не наносит вреда, но может ли слишком большое количество химикатов навредить другим формам жизни в этой богатой экосистеме? Харботтл признаёт, что это возможно. Хотя исследователи прицеливаются на более глубокие и влажные почвы под самыми загруженными верхними слоями, воздействие всё ещё предстоит изучить.
«Мы предполагаем, что это не продлится слишком долго», — добавляет он. В отличие от некоторых систем длительного использования энергии, прототип будет работать ежедневно, накапливая энергию солнца для использования ночью.
Для чего можно использовать почвенные батарейки?
В долгосрочной перспективе эти батареи можно разместить под полями солнечных панелей. Но поскольку микробные топливные элементы пока обеспечивают только низкое напряжение, их использование в относительно маломощных системах становится более перспективным.
«Я по образованию гражданский инженер, поэтому сразу придумываю решения в стиле гражданского строительства», — говорит Харботтл. «Вещи, которые могут быть удалены от сети, но с низким энергопотреблением.» Он указывает на датчики, системы освещения, коммуникации для автономных домов или дорожной инфраструктуры.
В конечном итоге исследователи — междисциплинарная команда геоэкологов и электротехники — стремятся масштабироваться, объединяя сотни ячеек для получения гораздо более высокого напряжения.
Хранение углерода и другие новые проекты также получают финансирование со стороны правительства Великобритании
Исследуя потенциал аккумуляторов почвы, команда Харботтла также будет изучать хранение углерода в почве.
«Если вы превращаете CO2 в углеродную молекулу, молекулы, которые не поглощаются микробным топливным элементом, могут некоторое время оставаться в земле», — объясняет он. «И фактически это способ закачивать углекислый газ в землю.»
Захват CO2 является предметом другого проекта, поддерживаемого правительством Великобритании, который проверяет, можно ли использовать микроводоросли для поглощения огромного влияния сталелитейной отрасли.
Ещё одно решение — запуск системы раннего предупреждения о камнепадах, которые стали более частыми из-за изменения климата.
Вдохновлённый морской травой, третий тест проверит возможность фильтрации соли из солёной воды, что позволит увеличить количество воды для сельскохозяйственных культур.
«Смелое мышление, проявленное в этих новых проектах, подчёркива изобретательность и воображение нашей исследовательской базы, применяя новые подходы к решению крупных задач», — говорит профессор Дама Линн Глэдден, исполнительный председатель Совета по исследованиям в области инженерии и физических наук (EPSRC) в составе UK Research and Innovation.
