Учёные из Michigan Technological University довели до полевых тестов подводные микробные топливные элементы, которые вытягивают энергию из органики прямо в морской воде. Проект идёт в интересах DARPA по программе BLUE, а цель предельно приземлённая: перестать гонять суда и поднимать на поверхность подводные сенсоры только ради замены батарей.
Сама идея не новая. Микробные топливные элементы изучают уже много лет, но почти все попытки упирались в одну скучную проблему: энергии выходит мало, а вне лаборатории система быстро теряет эффективность. Поэтому здесь важен не сам факт «бактерии дают ток», а то, что установка пережила реальные морские условия и не заглохла через пару дней.
Схема простая по биохимии и неприятная по инженерии. Бактерии перерабатывают органические вещества, в процессе отдают электроны, а электродная система собирает их в ток. На бумаге всё красиво, на практике океан беднее органикой, чем сточные воды, где такие установки чувствуют себя заметно лучше, а растворённый кислород мешает бактериям отправлять электроны туда, куда нужно инженерам.
Команда обходит обе проблемы гранулированным активированным углём внутри трубчатых ячеек. Он работает сразу в трёх ролях: собирает органику, даёт большую площадь для биоплёнки и помогает держать выработку даже в кислородной среде. По сути, исследователи не изобрели новую бактерию, а собрали для неё терпимый «офис» на дне.
И это хороший ход. У морских микробных ячеек исторически слабое место одно и то же: плотность мощности. Такие системы подходят для электроники, которая спит почти всё время и просыпается по расписанию, но не для прожорливых подводных платформ. Аккуратно снять телеметрию раз в несколько минут они могут. Кормить автономный аппарат или серьёзный гидролокатор они не могут.
Под водой давно существует унылый выбор из двух вариантов: кабель или батарея. Кабель даёт надёжное питание, но привязывает систему к одной точке и быстро раздувает бюджет. Батареи позволяют раскидать сеть шире, зато каждый цикл замены превращается в логистику с судном, экипажем и погодным окном. Военным и экологическим службам такой счёт приходит регулярно.
Поэтому у технологии есть вполне понятная ниша:
Здесь низкая мощность уже не приговор. Большая часть такой электроники живёт в режиме короткого измерения и длинного сна, а значит ей важнее месяцы и годы автономности, чем высокий ток. Если источник энергии медленный, но постоянный, это часто полезнее ещё одной литиевой батареи, которую потом надо как-то выковыривать со дна.
Прототип уже отработал около 30 дней под водой в Чесапикском заливе и продолжал выдавать электричество. В Галвестонском заливе команда проверяла модульную версию, где энергию успешно генерировали три из четырёх блоков. Для подводной техники это не повод открывать шампанское, но уже больше, чем обычный красивый стендовый эксперимент.
Модульность здесь вообще важнее, чем звучит в пресс-релизном пересказе. Если система собирается из нескольких однотипных элементов, отказ одного блока не убивает весь узел, а масштабирование становится банальнее: добавил секции, получил больший запас энергии и живучести. Для сетей сенсоров это логика куда полезнее, чем один «идеальный» источник, который ломается целиком.
Следующий тест включает 10 микробных топливных элементов в Чесапикском заливе, где исследователи собираются проверить автономную работу на срок до года.