Ученые создали компактную систему экомониторинга на биоэлектричестве

Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали компактную систему экологического мониторинга, где источником энергии выступают бактерии. Разработка может использоваться в сфере автономного мониторинга метеорологических условий как в больших природных заповедниках и сельхозугодьях, так и в условиях маломасштабного частного землепользования, сообщили в пресс-службе вуза.

«Мы разработали компактную систему отслеживания различных метеорологических показателей: например, атмосферного давления, относительной влажности, водородного показателя (pH), температуры, фоновых концентраций загрязняющих веществ и других параметров. Ключевой особенностью устройства является применение биоэлектрохимического источника питания, где электроэнергия генерируется за счет метаболической активности почвенных микроорганизмов в микробных топливных элементах (МТЭ). Информация с устройства передается дистанционно на дальность около 10 километров», — привели в пресс-службе слова инженера кафедры инженерной защиты окружающей среды (ИЗОС) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Яны Хващевской.

Экологический мониторинг представляет собой комплексную систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Как правило, сбор данных проводится с метеостанций, которые снабжены датчиками. Однако для охвата протяженных и труднодоступных территорий, например, в заповедниках или на полях сельхозназначения необходимо большое количество метеорологических станций, а также создание сравнительно дорогостоящей инфраструктуры энергообеспечения и связи.

По данным пресс-службы, система мониторинга ученых ЛЭТИ состоит из батареи, модуля обработки информации и устройства для передачи данных. Энергетический элемент представляет собой герметичную камеру, заполненную почвой. В процессе метаболической активности электрохимически активных бактерий происходит генерация биоэлектричества с выходным напряжением 0,4 В. Батарея такой конструкции является экологичной альтернативой более эффективных литий-ионных аккумуляторов.

Так как 0,4 вольта недостаточно для питания модуля обработки информации, в конструкции предусмотрены DC-DC преобразователи с низким напряжением входа и конденсаторы, выступающие промежуточным накопителем энергии. Накопление энергии отслеживается с помощью специальной микросхемы: как только напряжение достигает 3 вольт, запускается вычислительное устройство — микроконтроллер. С его помощью происходит автоматизированный сбор информации с датчиков, а затем их передача на персональный компьютер оператора системы — для этого устройство снабжено модулем беспроводной передачи данных.

«Среди сфер для ее практического применения — мониторинг метеорологических показателей и загрязнителей в труднодоступной местности заповедников, а также на землях сельхозназначения. Благодаря низкой себестоимости устройства, компактным габаритам и автономности работы, предложенное решение представляет интерес и для частного сектора — система может быть эффективно использована в условиях приусадебных хозяйств для оптимизации климатических параметров в защищенном грунте», — добавила Хващевская.