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Pesquisadores da Michigan Tech avançam em células de combustível microbianas capazes de gerar eletricidade no oceano usando matéria orgânica dissolvida, com testes já realizados nas baías de Chesapeake e Galveston para ampliar a autonomia de sensores subaquáticos usados em monitoramento ecológico e defesa naval.
ensores subaquáticos poderão permanecer ativos por mais tempo com células de combustível microbianas desenvolvidas na Michigan Tech. O sistema gera eletricidade a partir da matéria orgânica na água do mar e integra o programa BLUE da DARPA.
O projeto busca energia subaquática com reabastecimento automático para sensores oceânicos. Hoje, sistemas dependem de baterias, que exigem operações caras de recuperação e substituição.
Células de combustível usam bactérias
A equipe da Michigan Tech testa células de combustível microbianas, também chamadas de MFCs. Elas usam bactérias para converter matéria orgânica dissolvida e biomassa marinha microscópica em corrente elétrica.
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A tecnologia poderá ser aplicada em defesa naval, monitoramento ecológico e redes acústicas. Amy Marcarelli afirmou que cresce o número de sensores marinhos para observar condições ecológicas, migrações e acústica ligada à defesa naval.
Os pesquisadores concluíram uma implantação subaquática de 30 dias na Baía de Chesapeake. Nesse período, os protótipos continuaram produzindo eletricidade mesmo submersos.
Microrganismos transformam matéria em corrente
As células de combustível microbianas funcionam com bactérias que transferem elétrons naturalmente durante o metabolismo. No sistema da Michigan Tech, esses elétrons se deslocam entre ânodo e cátodo, criando corrente elétrica.
Um desafio é a baixa presença de matéria orgânica na água do oceano. Essa concentração é menor que em ambientes onde MFCs costumam ser usadas, como estações de tratamento de águas residuais.
Outro obstáculo está nos altos níveis de oxigênio marinho. Esse oxigênio interfere no processo de geração de energia realizado pelos microrganismos.
Para melhorar o desempenho, os pesquisadores utilizaram carvão ativado granulado em células de combustível tubulares. O material concentra matéria orgânica e oferece superfície para os micróbios formarem biofilmes.
Com os biofilmes, os microrganismos continuam gerando eletricidade mesmo em condições ricas em oxigênio. Marcarelli explicou que micróbios movimentam elétrons em seus processos metabólicos, permitindo transferi-los de um ânodo para um cátodo.
Protótipos ganham módulos empilháveis
A equipe redesenhou o sistema para ampliar a eficiência energética e simplificar a implantação. As versões mais recentes usam unidades modulares e empilháveis, com bombas e placas individuais.
Os protótipos atualizados foram avaliados na Baía de Galveston. Três das quatro unidades testadas conseguiram gerar energia durante os testes subaquáticos.
O sistema foi projetado para funcionar totalmente submerso. Ele não depende da energia das ondas da superfície nem de manutenção humana durante a operação.
Essa configuração pode permitir que sensores oceânicos permaneçam ativos por mais tempo em ambientes remotos. A proposta atende à busca por monitoramento subaquático duradouro.
Nova implantação avalia operação prolongada
A equipe criou modelos preditivos com sensoriamento remoto e dados ambientais. O objetivo é estimar onde as células de combustível microbianas poderiam gerar energia suficiente em regiões costeiras globais.
Michael Sayers afirmou que o trabalho combina sensoriamento remoto, dados de campo, dados de laboratório e experimentos reais de implantação de MFC. Essa integração orienta a avaliação do desempenho.
Os pesquisadores preparam implantação maior na Baía de Chesapeake, com 10 células de combustível microbianas. O objetivo é estudar o desempenho prolongado e estimar se os sistemas poderão sustentar operações subaquáticas anuais.
