नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक ईंधन सेल विकसित किया है, जो पेपरबैक किताब के आकार का है और मिट्टी में स्वाभाविक रूप से पाए जाने वाले सूक्ष्मजीवों का उपयोग कर बिजली पैदा करता है। यह उपकरण उस ऊर्जा को कैप्चर करता है जो इन सूक्ष्मजीवों द्वारा कार्बनिक पदार्थों को तोड़ने के दौरान निकलती है, जिससे थोड़ी मात्रा में बिजली उत्पन्न होती है। इसे सटीक कृषि और पर्यावरण निगरानी के लिए भूमिगत सेंसर चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो पारंपरिक बैटरियों के लिए एक संभावित विकल्प प्रदान करता है, जिनमें विषाक्त पदार्थ होते हैं, जटिल वैश्विक आपूर्ति श्रृंखलाओं पर निर्भर करती हैं और इलेक्ट्रॉनिक कचरे में योगदान करती हैं।

टीम ने इस ईंधन सेल का प्रदर्शन मिट्टी की नमी मापने और स्पर्श का पता लगाने वाले सेंसर चलाकर किया - एक क्षमता जो वन्यजीवों की गतिविधि की निगरानी में मदद कर सकती है। सिस्टम में एक छोटा एंटीना शामिल है जो मौजूदा रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल को प्रतिबिंबित करके डेटा वायरलेस तरीके से भेजता है, जिससे ऊर्जा का उपयोग अत्यंत कम रहता है। यह उपकरण विभिन्न परिस्थितियों में विश्वसनीय साबित हुआ, जो सूखी मिट्टी और बाढ़ वाले वातावरण दोनों में कार्य करता है, और समान प्रणालियों की तुलना में अधिक स्थिर शक्ति उत्पन्न करता है, जो लगभग 120% अधिक समय तक चलता है।

यह अध्ययन प्रोसीडिंग्स ऑफ द एसोसिएशन फॉर कंप्यूटिंग मशीनरी ऑन इंटरैक्टिव, मोबाइल, वियरेबल एंड यूबिक्विटस टेक्नोलॉजीज में प्रकाशित हुआ था। शोधकर्ताओं ने अपने डिज़ाइन, ट्यूटोरियल और सिमुलेशन टूल्स को सार्वजनिक रूप से जारी किया। जैसा कि इस कार्य का नेतृत्व करने वाले नॉर्थवेस्टर्न के पूर्व छात्र बिल येन ने कहा, ट्रिलियन इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) उपकरणों के आने के साथ, हम उन सभी को लिथियम और भारी धातुओं से नहीं बना सकते। उन्होंने कहा, "जब तक मिट्टी में सूक्ष्मजीवों के टूटने के लिए कार्बनिक कार्बन है, तब तक ईंधन सेल संभावित रूप से हमेशा के लिए चल सकता है।"

माइक्रोबियल फ्यूल सेल (MFC) कुछ हद तक बैटरी की तरह काम करते हैं, जिसमें एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट होते हैं, लेकिन बैक्टीरिया पर निर्भर करते हैं जो स्वाभाविक रूप से इलेक्ट्रॉन छोड़ते हैं और विद्युत प्रवाह बनाते हैं। वरिष्ठ लेखक जॉर्ज वेल्स ने समझाया, "हम इस ऊर्जा से पूरे शहरों को बिजली नहीं देंगे। लेकिन हम थोड़ी मात्रा में ऊर्जा को कैप्चर कर सकते हैं ताकि व्यावहारिक, कम-शक्ति वाले अनुप्रयोगों को ईंधन दिया जा सके।" सटीक कृषि सेंसर के लिए वर्तमान बिजली स्रोतों के साथ चुनौती यह है कि बैटरियाँ खत्म हो जाती हैं और सौर पैनल गंदे हो जाते हैं, सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता होती है और जगह लेते हैं।

मिट्टी-आधारित MFC 1911 से अस्तित्व में हैं लेकिन अविश्वसनीय प्रदर्शन और कम आउटपुट पावर, विशेष रूप से कम नमी वाली परिस्थितियों में संघर्ष करते रहे हैं। नॉर्थवेस्टर्न टीम ने दो साल तक डिज़ाइन विकसित करने और परीक्षण करने में बिताए, नौ महीनों में चार संस्करणों की तुलना की। उनकी सफलता ज्यामिति में बदलाव से आई: एनोड (कार्बन फेल्ट से बना) को क्षैतिज रूप से और कैथोड (प्रवाहकीय धातु से बना) को लंबवत रूप से रखना। यह संरचना सतह पर ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति सुनिश्चित करती है और नीचे हाइड्रेशन बनाए रखती है, जिसमें एक सुरक्षात्मक कैप और एयर चैंबर होता है। एक वॉटरप्रूफ कोटिंग बाढ़ के दौरान मदद करती है।

अंतिम प्रोटोटाइप ने मध्यम रूप से सूखी (41% पानी मात्रा के अनुसार) से लेकर पूरी तरह से डूबी हुई मिट्टी की स्थितियों में अच्छा प्रदर्शन किया, जिसने अपने सेंसर चलाने के लिए आवश्यक शक्ति से 68 गुना अधिक बिजली उत्पन्न की। अध्ययन के प्रकाशन के बाद से, रुचि बढ़ी है, जिसमें शोधकर्ता दक्षता, स्थिरता और सामग्रियों में सुधार करने पर काम कर रहे हैं, जिसमें बायोडिग्रेडेबल डिज़ाइन की खोज भी शामिल है। टीम का लक्ष्य पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल संस्करण बनाना है ताकि जटिल आपूर्ति श्रृंखलाओं और संघर्ष खनिजों से बचा जा सके। सह-लेखक जोसाया हेस्टर ने कहा कि लक्ष्य "ऐसे उपकरण बनाना है जो स्थानीय आपूर्ति श्रृंखलाओं और कम लागत वाली सामग्रियों का उपयोग करें ताकि सभी समुदायों के लिए कंप्यूटिंग सुलभ हो।"

अध्ययन, "सॉइल-पावर्ड कंप्यूटिंग: द इंजीनियर'स गाइड टू प्रैक्टिकल सॉइल माइक्रोबियल फ्यूल सेल डिज़ाइन," को नेशनल साइंस फाउंडेशन (पुरस्कार संख्या CNS-2038853), यूएसडीए नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ फूड एंड एग्रीकल्चर से एग्रीकल्चरल एंड फूड रिसर्च इनिशिएटिव (पुरस्कार संख्या 2023-67021-40628), अल्फ्रेड पी. स्लोन फाउंडेशन, VMware रिसर्च और 3M द्वारा समर्थित किया गया था।