Het U.S. Naval Research Laboratory (NRL), Centrum voor Biomoleculaire Wetenschap en Engineering, heeft een Amerikaans patent gekregen voor een zelfassemblerende, zelfherstellend, en op zichzelf staande microbiële foto-elektrochemische zonnecel die volledig wordt aangedreven door zonlicht en micro-organismen.

Een zonne-microbiële brandstofcel (SMFC) is een niet-halfgeleider-gebaseerd systeem, die micro-organismen gebruikt om elektrische energie op te wekken door fotosynthetische reactanten van een afgesloten microbiële brandstofcel aan te vullen met behulp van zonlicht.

De SMFC-reactanten (glucose en zuurstof) worden intern geregenereerd door een groep fotosynthetische microben waarvan de reactanten, kooldioxide (CO2) en water (H2O), zijn de producten van de microbiële brandstofcel. Deze onderlinge afhankelijkheid resulteert in vele duizenden uren langdurige elektriciteitsopwekking uit zonlicht zonder aanvulling van de microbiële brandstofcelreactanten.

"Natuurlijke fotosynthetische systemen, zoals bomen en algenbloei, zelfreparatie, een eigenschap die ze zeer duurzaam maakt, " zei dr. Lenny Tender, onderzoek chemicus, Centrum voor Bio/Moleculaire Wetenschap en Techniek. "Hier, we nemen fotosynthetische organismen op met de zelfassemblerende en zelfonderhoudende bentische microbiële brandstofcel (BMFC) om duurzame foto-elektrochemische zonnecellen op het land mogelijk te maken."

De BMFC wekt elektrische energie op door organisch materiaal (brandstof) dat zich in sedimentporiënwater bevindt te oxideren met zuurstof (oxidant) in bovenliggend water, en bestaat uit een anode ingebed in het zeesediment die door een extern elektrisch circuit is verbonden met een kathode die in bovenliggend water is geplaatst. In tegenstelling tot de open op zee gebaseerde BMFC-generator, het SMFC-apparaat vereist geen eindeloze stroom van reactanten uit sediment en zeewater om voortdurend stroom te genereren, maar in plaats daarvan, recyclet het organische materiaal dat in de eenheid is verzegeld om de reactanten te regenereren.

"Micro-organismen geoogst uit zeewater in ondiepe kustomgevingen, in relatief kleine hoeveelheden, worden verrijkt wanneer de cel wordt afgesloten als gevolg van de ophoping van kooldioxide en uitputting van zuurstof in het bovenliggende water, " zei Tender. "Deze organismen gebruiken zonlicht om de elektrodeproducten om te zetten in glucose en zuurstof, die opnieuw kunnen worden gebruikt in de elektrodereacties, waardoor de behoefte aan een constante stroom van nieuwe glucose en zuurstof wordt geëlimineerd."

Tender voegde eraan toe dat de SMFC energieopslag combineert met vermogensafgifte. Betekenis, als er veel zonlicht is, fotosynthese zal resulteren in het genereren van brandstof en oxidatiemiddel, waarvan sommige kunnen worden gebruikt om onmiddellijk stroom op te wekken, en de rest verzameld om later te gebruiken als er geen zon is. Dit wordt idealiter gedaan zonder dat er condensator- of batterijopslagapparaten nodig zijn.

De SMFC kan in serie worden 'gestapeld' om de spanning te verhogen en kan elk apparaat voeden dat momenteel een conventionele fotovoltaïsche voeding gebruikt. Echter, er wordt gewerkt aan het begrijpen van de beperkende factoren.