ใช้สาหร่ายผลิตพลังงาน จ่ายไฟคอมพิวเตอร์ขั้นพื้นฐาน ประโยชน์สำหรับพื้นที่ห่างไกล

นักวิจัยได้ใช้สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินสายพันธุ์ที่มีอยู่แพร่หลายเพื่อให้พลังงานแก่ไมโครโปรเซสเซอร์อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหนึ่งปี และยังทำแบบนี้ยาวนานมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยไม่ได้เพิ่มสิ่งใดเลยนอกจากแสงและน้ำสำหรับเลี้ยงสาหร่าย นับเป็นการเปิดศักยภาพใหม่ในการให้พลังงานหมุนเวียนแก่อุปกรณ์ขนาดเล็ก 

ระบบนี้ซึ่งมีขนาดเทียบเท่ากับแบตเตอรี่ AA ประกอบด้วยสาหร่ายที่ไม่เป็นพิษชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Synechocystis ซึ่งรวบรวมพลังงานจากดวงอาทิตย์โดยธรรมชาติผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง กระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่สร้างขึ้นนี้จะทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรดอะลูมิเนียมและใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับไมโครโปรเซสเซอร์

ระบบนี้ทำจากวัสดุทั่วไป ราคาไม่แพง และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งหมายความว่าสามารถผลิตได้อย่างง่ายดายหลายแสนเครื่องเพื่อเพิ่มพลังงานให้กับอุปกรณ์อินเทอร์เน็ตขนาดเล็กจำนวนมาก นักวิจัยกล่าวว่า มีแนวโน้มว่าจะมีประโยชน์มากที่สุดสำหรับการทำงานนอกระบบการจ่ายไฟฟ้าหรือสถานที่ห่างไกล ซึ่งในสถานที่เหล่านั้นพลังงานแม้เพียงจำนวนเล็กน้อยก็สามารถเป็นประโยชน์อย่างมาก

ศาสตราจารย์คริสโตเฟอร์ ฮาว จากภาควิชาชีวเคมีของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์  ผู้เขียนอาวุโสร่วมของบทความกาวิจัยกล่าวว่า “อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง” ( Internet of Things) ที่กำลังเติบโตต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น และเราคิดว่าสิ่งนี้จะต้องมาจากระบบที่สามารถสร้างพลังงานได้ แทนที่จะเก็บมันไว้เหมือนแบตเตอรี่”

เขากล่าวเสริมว่า: “อุปกรณ์สังเคราะห์แสงของเราไม่ทำงานเหมือนแบตเตอรี่เพราะมันใช้แสงเป็นแหล่งพลังงานอย่างต่อเนื่อง”

ในการทดลองอุปกรณ์ดังกล่าวถูกใช้เพื่อขับเคลื่อน Arm Cortex M0+ ซึ่งเป็นไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ Internet of Things มันทำงานในสภาพแวดล้อมในที่ร่มและสภาพกึ่งกลางแจ้งภายใต้แสงธรรมชาติ และหลังจากหกเดือนของการผลิตพลังงานอย่างต่อเนื่อง ผลลัพธ์ก็ถูกส่งเพื่อตีพิมพ์เผยแพร่ทางวิชาการ

ดร. เปาโล บอมเบลลี จากคณะชีวเคมีแห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ผู้เขียนคนแรกของงานวิจัยกล่าวว่า “เรารู้สึกประทับใจกับความสม่ำเสมอของระบบทำงานเป็นเวลานาน เราคิดว่าระบบอาจหยุดทำงานหลังจากผ่านไปสองสามสัปดาห์ แต่มันก็ยังคงไปต่อได้เรื่อย ๆ”  

สาหร่ายไม่ต้องการอาหารเพราะมันสร้างอาหารของตัวเองในขณะที่มันสังเคราะห์แสง และแม้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงจะต้องการแสง แต่อุปกรณ์ก็ยังสามารถผลิตพลังงานได้ต่อไปในช่วงเวลาที่มืดมิด นักวิจัยคิดว่า เป็นเพราะสาหร่ายแปรรูปอาหารบางส่วนเมื่อไม่มีแสง และสิ่งนี้ยังคงสร้างกระแสไฟฟ้าต่อไป

อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (Internet of Things) เป็นเครือข่ายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่กว้างใหญ่และกำลังเติบโต ซึ่งแต่ละอุปกรณ์ใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย ซึ่งรวบรวมและแบ่งปันข้อมูลแบบเรียลไทม์ผ่านอินเทอร์เน็ต 

อุปกรณ์หลายพันล้านชิ้นเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายนี้โดยใช้ชิปคอมพิวเตอร์ราคาประหยัดและเครือข่ายไร้สาย ตั้งแต่นาฬิกาอัจฉริยะไปจนถึงเซ็นเซอร์อุณหภูมิในโรงไฟฟ้า ตัวเลขนี้คาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็นหนึ่งล้านล้านเครื่องภายในปี 2035 ซึ่งต้องใช้แหล่งพลังงานแบบพกพาจำนวนมาก

นักวิจัยกล่าวว่า การจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ Internet of Things หลายล้านล้านเครื่องโดยใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากต้องใช้ลิเธียมมากกว่าที่ผลิตทั่วโลกปีละ 3 เท่า และอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิมนั้นผลิตขึ้นโดยใช้วัสดุอันตรายที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

งานนี้เป็นความร่วมมือระหว่างมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และ Arm ซึ่งเป็นบริษัทชั้นนำด้านการออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์ Arm Research ได้พัฒนาชิปทดสอบ Arm Cortex M0+ ที่มีประสิทธิภาพสูง สร้างบอร์ด และตั้งค่าอินเทอร์เฟซระบบคลาวด์สำหรับการรวบรวมข้อมูลที่นำเสนอในการทดลอง

อ้างอิง

• “Algae-powered computing: scientists create reliable and renewable biological photovoltaic cell”. (12 May 2022). University of Cambridge. (licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License)
• Bombelli, P. et al: ‘Powering a Microprocessor by Photosynthesis.’ Energy & Environmental Science, May 2022. DOI: 10.1039/D2EE00233G

ภาพ Credit: Paolo Bombelli / Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0)