Das Kurchatov-Institut entwickelte mikrobielle Brennstoffzellen

Das Nationale Forschungszentrum des Kurchatov-Instituts hat innovative mikrobielle Brennstoffzellen entwickelt, die in verschiedenen IoT-Geräten verwendet werden können. Zum Beispiel in Feldsensoren zur Überwachung des Zustands von Wasser, Boden und Luft. Solche Sensoren können lange Zeit ohne Wartung autonom arbeiten, schreibt Izvestia.

„Wir haben den ersten Prototyp erstellt - einen Sensor, mit dem mehrere Parameter gleichzeitig gemessen werden können: Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit. Es nutzt eine autonome Stromversorgung und überträgt Informationen alle halbe Stunde. In den meisten Fällen ist dies für städtische Dienstleistungen nicht erforderlich “, sagte Pavel Gotovtsev, stellvertretender Leiter der Abteilung Biotechnologie und Bioenergie des NBIKS-Technologiekomplexes am Kurchatov-Institut.

Der 1. Januar 2018 veröffentlichte in der Fachzeitschrift Robotics einen wissenschaftlichen Artikel "Energiequellen auf Basis von Bioenergie für mobile autonome Roboter" , dessen Hauptautor Pavel Gotovtsev heißt. Neben ihm gehören zu den Autoren weitere Mitarbeiter der Abteilung für Biotechnologie und Bioenergie und des Labors "Robotik" des Kurchatov-Instituts sowie des G.K. Scriabin-Instituts für Biochemie und Mikroorganismus der Russischen Akademie der Wissenschaften. Es werden kurz die verschiedenen Entwurfsoptionen für Brennstoffzellen für autonome Roboter beschrieben, einschließlich Brennstoffzellen unter Verwendung von Mikroorganismen.



Im vergangenen Jahr wurde in der Zeitschrift Russian Nanotechnologies (doi des Artikels: 10.1134 / S1995078017010098) ein Artikel über mikrobielle Brennstoffzellen von Pavel Gotovtsev und seinen Kollegen veröffentlicht . Dieser Artikel beschreibt die Eigenschaften einer Bioelektrode, die durch Immobilisierung der Bakterienzellen von Gluconobacter oxydans auf „ultrafeinem Kohlenstoffmaterial“ (CSM) gebildet wird.

Gluconobacter oxydans ist ein obligater Aerob, der Sauerstoff als terminalen Elektronenakzeptor für die Atmung verwendet. Dieses Essigsäurebakterium zeichnet sich durch eine unvollständige Oxidation einer Vielzahl von Kohlenhydraten und Alkoholen aus, ist für Menschen und andere Tiere nicht pathogen, kommt in reifen Früchten, Früchten, Apfelwein, Bier und Wein vor.

Experimente haben gezeigt, dass Brennstoffzellen mit Bakterien auf der Elektrode voll funktionsfähig sind. Es wurden bereits Prototypen erstellt, und in drei bis fünf Jahren ist geplant, Pilotversuche mit dem System in einer städtischen Umgebung durchzuführen. Danach hindert nichts mehr die Herstellung derselben Umweltsensoren mit mikrobiellen Brennstoffzellen im industriellen Maßstab: „In Zukunft können wir solche Sensoren in Regensammlern oder im Boden platzieren. Sie werden den Zustand von Wasser und Luft sowie die Verschmutzung des Territoriums überwachen. Hierfür können Sie einfache chemische Sensoren verwenden. “

Laut den Entwicklern kostet ein Sensorsystem (mehrere Sensoren und eine Biokraftstoffbatterie) bis zu 10.000 Rubel. Jeder Sensor kann Bodenbedingungen in einem Radius von mehreren Metern verfolgen.

Umweltschützer nahmen die Initiative des Kurchatov-Instituts zur Herstellung von Umweltsensoren begeistert an. Zum Beispiel zitiert Evgeny Schwartz, Direktor für Umweltpolitik beim World Wide Fund for Nature (WWF), die industrielle amerikanische Stadt Pittsburgh, die Stadt der Kohle und des Stahls, die für immer in eine Smogwolke getaucht ist. Die Situation änderte sich, als dort ein automatisches Umweltüberwachungssystem eingeführt wurde.


Pittsburgh in den 1930er Jahren und jetzt. Foto: Getty Images, Thinkstock

In nur zehn Jahren machte dieses System Pittsburgh zu einer „erstickenden“ blühenden Stadt: „Gleichzeitig werden Unternehmen, die die Emissionsgrenze überschreiten, an diejenigen gezahlt, die weniger Umweltverschmutzung haben. Mit Hilfe der am SIC entwickelten Öko-Monitoring-Technologien kann dies erreicht werden “, sagt Eugene Schwartz. Er sagt, dass eine solche Erfahrung beispielsweise im russischen Tscheljabinsk und in anderen Städten angewendet werden kann, die unter Umweltzerstörung leiden. Ökologische Innovationen werden durch das Quotensystem finanziell gefördert - hier fließt Geld, was bedeutet, dass Unternehmen und Personal involviert sind.

Darüber hinaus warnen mit dem Internet verbundene Sensoren umgehend vor möglichen Lecks schädlicher Reagenzien aus Industrieunternehmen, die schnell auf neu auftretende Umweltbedrohungen reagieren.