Sel Fotovoltaik Biologis yang Andal dan Terbarukan

  • Share
Sel Fotovoltaik Biologis yang Andal dan Terbarukan
Sel Fotovoltaik Biologis

Sistem ini, yang mengandung ganggang biru-hijau, memberi daya pada mikroprosesor secara terus-menerus selama satu tahun hanya dengan menggunakan cahaya sekitar dan air. Kredit: Paolo Bombelli

Komputasi Bertenaga Alga

Para ilmuwan menggunakan spesies ganggang biru-hijau yang tersebar luas untuk memberi daya pada mikroprosesor terus menerus selama satu tahun — dan terus bertambah — hanya menggunakan cahaya sekitar dan air. Sistem mereka memiliki potensi sebagai cara yang andal dan terbarukan untuk memberi daya pada perangkat elektronik kecil.

Sistemnya, yang ukurannya sebanding dengan baterai AA, mengandung sejenis ganggang tidak beracun yang disebut Synechocystis yang memanen energi secara alami dari matahari melalui fotosintesis. Arus listrik kecil yang dihasilkan ini kemudian berinteraksi dengan elektroda aluminium dan digunakan untuk memberi daya pada mikroprosesor.

“Perangkat fotosintesis kami tidak berjalan seperti baterai karena terus menggunakan cahaya sebagai sumber energi.” — Chris Howe

Sistem ini terbuat dari bahan biasa, murah, dan sebagian besar dapat didaur ulang. Ini berarti dapat dengan mudah direplikasi jutaan ribu kali untuk memberi daya pada sejumlah besar perangkat kecil sebagai bagian dari Internet of Things. Para peneliti mengatakan itu mungkin paling berguna dalam situasi off-grid atau lokasi terpencil, di mana sejumlah kecil daya listrik bisa sangat bermanfaat.

“Internet of Things yang berkembang membutuhkan daya yang meningkat, dan kami pikir ini harus berasal dari sistem yang dapat menghasilkan energi, daripada hanya menyimpannya seperti baterai,” kata Profesor Christopher Howe di Departemen Biokimia Universitas Cambridge, penulis senior bersama makalah ini.

Dia menambahkan: “Perangkat fotosintesis kami tidak berjalan seperti baterai karena terus menggunakan cahaya sebagai sumber energi.”

Dalam percobaan, perangkat tersebut digunakan untuk memberi daya pada Arm Cortex M0+, yang merupakan mikroprosesor yang digunakan secara luas di perangkat Internet of Things. Ini beroperasi di lingkungan domestik dan kondisi semi-outdoor di bawah cahaya alami dan fluktuasi suhu terkait, dan setelah enam bulan produksi listrik terus menerus, hasilnya diserahkan untuk publikasi.

Studi ini dipublikasikan pada 12 Mei 2022, di jurnal Ilmu Energi & Lingkungan.

“Kami terkesan dengan betapa konsistennya sistem ini bekerja dalam jangka waktu yang lama – kami pikir itu mungkin berhenti setelah beberapa minggu, tetapi itu terus berjalan,” kata Dr. Paolo Bombelli di Departemen Biokimia Universitas Cambridge, penulis pertama dari kertas.

Ganggang tidak perlu diberi makan, karena ia menciptakan makanannya sendiri saat berfotosintesis. Dan terlepas dari kenyataan bahwa fotosintesis membutuhkan cahaya, perangkat ini bahkan dapat terus menghasilkan daya selama periode kegelapan. Para peneliti berpikir ini karena ganggang memproses beberapa makanannya ketika tidak ada cahaya, dan ini terus menghasilkan arus listrik.

Internet of Things adalah jaringan perangkat elektronik yang luas dan berkembang — masing-masing hanya menggunakan sedikit daya — yang mengumpulkan dan berbagi data waktu nyata melalui internet. Dengan menggunakan chip komputer dan jaringan nirkabel murah, miliaran perangkat menjadi bagian dari jaringan ini — mulai dari jam tangan pintar hingga sensor suhu di pembangkit listrik. Angka ini diperkirakan akan tumbuh menjadi satu triliun perangkat pada tahun 2035, yang membutuhkan sejumlah besar sumber energi portabel.

Para peneliti mengatakan bahwa menyalakan triliunan perangkat Internet of Things menggunakan baterai lithium-ion akan menjadi tidak praktis: itu akan membutuhkan lithium tiga kali lebih banyak daripada yang diproduksi di seluruh dunia setiap tahun. Dan perangkat fotovoltaik tradisional dibuat menggunakan bahan berbahaya yang memiliki efek lingkungan yang merugikan.

Pekerjaan itu merupakan kolaborasi antara University of Cambridge dan Arm, sebuah perusahaan yang memimpin desain mikroprosesor. Arm Research mengembangkan testchip Arm Cortex M0+ yang sangat efisien, membuat papan, dan mengatur antarmuka cloud pengumpulan data yang disajikan dalam eksperimen.

Referensi: “Mendukung mikroprosesor melalui fotosintesis” oleh P. Bombelli, A. Savanth, A. Scarampi, SJL Rowden, DH Green, A. Erbe, E. rstøl, I. Jevremovic, MF Hohmann-Marriott, SP Trasatti, E. Ozer dan CJ Howe, 12 Mei 2022, Ilmu Energi & Lingkungan.
DOI: 10.1039/D2EE00233G

Penelitian ini didanai oleh National Biofilms Innovation Center.

  • Share

Leave a Reply

Your email address will not be published.