Вчені з Мічиганського технологічного університету розробляють підводні джерела живлення, що отримують електрику безпосередньо з морської води. Замість сонячних панелей, хвиль чи кабелю з берега система використовує бактерії та органічні речовини, розчинені в океані. Це дозволить підводним датчикам місяцями працювати без підйому на поверхню для заміни акумуляторів.

Проєкт реалізується в межах програми BLUE — Bio­Log­i­cal Under­sea Ener­gy — Агентства перспективних оборонних дослідницьких проєктів США. DARPA прагне отримати підводні енергетичні системи, здатні самостійно поповнювати запаси палива з навколишнього середовища. Нині більшість океанських систем моніторингу залежить від акумуляторів: коли заряд вичерпується, обладнання доводиться піднімати, обслуговувати і знову занурювати — а це потребує суден, часу та значних коштів.

Команда тестує мікробні паливні елементи, або MFC. У таких пристроях бактерії переробляють розчинені органічні сполуки і мікроскопічну морську біомасу, а побічним продуктом стає електричний струм. Технологія потенційно може живити датчики для військово-морської оборони, екологічного моніторингу та підводних акустичних мереж.

Профессорка біологічних наук Еймі Маркарel­lі пояснює: що більше сенсорів іде на дно океану, то гострішою стає проблема живлення — батарея обмежує термін роботи, а регулярне обслуговування перетворює навіть просту мережу спостереження на дорогу операцію. Мікробний паливний елемент працює завдяки природному обміну електронами у бактерій.

Під час метаболізму мікроби переносять електрони — в системі Michi­gan Tech цей потік іде від анода до катода, створюючи струм для живлення електроніки. Пристрій не спалює паливо у звичному розумінні, а підключається до процесів, які бактерії виконують і так у ході своєї життєдіяльності. Головна складність — сама морська вода: на відміну від очисних споруд, де органіки вдосталь, океан містить її значно менше, а високий вміст кисню заважає мікробам виробляти енергію в потрібному режимі.

Щоб підвищити віддачу, дослідники помістили гранульоване активоване вугілля всередину трубчастих паливних елементів. Цей матеріал концентрує органічні речовини та дає бактеріям поверхню для формування біоплівок, які допомагають мікробам утримуватися в системі й продовжувати перенос електронів навіть у насиченій киснем воді.

Конструкцію також переробили на модульну: кожен блок має власний насос і плату керування, а модулі можна з’єднувати в стек і підлаштовувати під конкретне завдання. Перші польові випробування дали обнадійливі результати. Під час 30-денного тесту в Чесапікській затоці прототипи безперервно виробляли електрику під водою.

Пізніше нові зразки перевірили в затоці Галвестон — три з чотирьох модулів успішно генерували енергію. Паралельно команда будує прогностичні моделі, що поєднують дані дистанційного зондування, польові вимірювання та лабораторні експерименти, аби визначити, в яких прибережних регіонах світу морське середовище містить достатньо органіки для стабільної роботи MFC.

Наступний крок — масштабніші випробування в Чесапікській затоці з розгортанням десяти мікробних паливних елементів для перевірки довгострокової роботи. Якщо технологія доведе здатність забезпечувати стабільний струм, підводні датчики зможуть роками працювати у віддалених районах без втручання людини. Для військових це означає довшу роботу акустичних мереж, для науковців — безперервні дані про стан екосистем і міграції морських організмів.