Группа британских инженеров из Университета Западной Англии (Бристоль) создала первые носимые микробные топливные элементы в виде надеваемых на ноги «гетров». В качестве основного ресурса для производства электроэнергии в них используется человеческая моча, а ее циркуляция внутри устройства происходит за счет механического давления во время ходьбы.
опубликована в журнале
.
На создание системы циркуляции топливного элемента ученых вдохновило устройство кровеносной системы рыб. Ее искусственный аналог состоит из множества пластиковых трубочек, по которым циркулирует моча. Снизу (под пяткой) каждая трубочка прикреплена к механической помпе. Надавливая на нее во время ходьбы, человек заставляет мочу подниматься вверх по восходящим трубочкам к топливным элементам, закрепленным около колена на специальной лангете. Далее, пройдя сквозь топливный элемент, урина под воздействием силы тяжести и образующемся в помпе давлении стекает по нисходящей трубочке вниз — опять под пятку. Все трубочки снабжены особыми клапанами — открывающимися под давлением мочи снизу (или сверху) и смыкающимися при обратном оттоке. Все вместе это позволяет урине постоянно циркулировать внутри устройства, давая возможность двенадцати элементам (по одному на каждой восходящей и нисходящей трубочках) генерировать электроэнергию.
Сам микробный топливный элемент состоит из трех частей: анаэробной анодной камеры, ионоселективной мембраны и аэробной катодной камеры. Бактерии в анодной камере расщепляют мочевину, выделяя углекислый газ и высвобождая протоны и электроны. Свободные электроны передаются на анод. Оттуда по внешнему контору они движутся к катоду. Параллельно, положительно заряженные протоны водорода проходят сквозь ионоселективную мембрану по направлению к катоду. В катодной камере они соединяются с кислородом и образуют воду. Генерируется электрический ток.
Все 12 топливных элементов могли создать на пике мощности не более 110 микроватт электричества, однако этого вполне хватало для питания беспроводного передатчика, посылающего каждые две минуты текстовое сообщение.
Ранее этой же группе исследователей удалось зарядить мобильный телефон с помощью работающих на урине микробных топливных элементов. В настоящий момент ученые ставят себе целью создать столь же эффективные портативные МТЭ, которые могли бы стать частью носимых аварийных запасов (наборов выживания) и использоваться для передачи точных координат, например, заблудившихся в лесу туристов или дрейфующих в спасательных шлюпках потерпевших кораблекрушение. Использование для такого рода генераторов мочи позволило бы применять их в любого рода экстремальных условиях, когда какой-либо иной источник или ресурс для производства электроэнергии просто недоступен.