Бактерии — в энергию

В ЛЭТИ РАЗРАБОТАЛИ КОМПАКТНУЮ СИСТЕМУ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА Разработка молодых ученых СПбГЭТУ ЛЭТИ найдет применение в сфере автономного мониторинга метеорологических условий как в

больших природных заповедниках и сельхозугодьях, так и в условиях маломасштабного частного землепользования. Энергию для их датчика поставляют бактерии. Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран Экологический мониторинг представляет собой комплексную систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды, выполняющую ряд критически важных функций.

Например, он обеспечивает непрерывный контроль антропогенного воздействия на экосистемы посредством систематического измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, водных

объектах и почвенном покрове. Полученные данные позволяют не только фиксировать текущее экологическое состояние территорий, но и выявлять зоны экологического риска, анализировать динамику

биоразнообразия и оценивать устойчивость биотических компонентов экосистем к внешним воздействиям. Особую значимость система мониторинга приобретает в контексте оценки эффективности

природоохранных мероприятий и прогнозирования возможных изменений в экосистемах под влиянием как природных, так и антропогенных факторов. Данные, получаемые в ходе экологического

мониторинга, формируют важнейшую информационную основу для разработки моделей распространения загрязнений, принятия управленческих решений в сфере природопользования и реализации принципов

устойчивого развития, обеспечивая баланс между экономическими потребностями общества и экологической безопасностью. Как правило, сбор данных проводится с метеостанций, которые снабжены

комплексом датчиков. Однако для охвата протяженных и труднодоступных территорий (например, в заповедниках или на полях сельхозназначения) необходимо большое количество метеорологических

станций, а также создание сравнительно дорогостоящей инфраструктуры энергообеспечения и связи. «Мы разработали компактную систему отслеживания различных метеорологических показателей:

например, атмосферного давления, относительной влажности, водородного показателя (pH), температуры, фоновых концентраций загрязняющих веществ и других параметров. Ключевой особенностью

устройства является применение биоэлектрохимического источника питания, где электроэнергия генерируется за счет метаболической активности почвенных микроорганизмов в микробных топливных

элементах (МТЭ). Информация с устройства передается дистанционно на дальность около 10 км»,— объясняет инженер кафедры инженерной защиты окружающей среды (ИЗОС) СПбГЭТУ ЛЭТИ Яна Хващевская.

Система экологического мониторинга состоит из батареи, модуля обработки информации и устройства для передачи данных. В качестве энергетического элемента используется МТЭ, представляющий

собой герметичную камеру, заполненную почвой. В процессе метаболической активности электрохимически активных бактерий происходит генерация биоэлектричества с выходным напряжением 0,4 В.

Батарея такой конструкции является экологичной альтернативой более эффективных литийионных аккумуляторов, поскольку исключает использование токсичных компонентов, характерных для последних:

полимерных связующих, фторсодержащих электролитов, тяжелых металлов и органических растворителей, что существенно снижает экологическую нагрузку при утилизации и эксплуатации устройства.

Поскольку 0,4 В недостаточно для питания модуля обработки информации, в его конструкции предусмотрены DC-DC-преобразователи с низким напряжением входа и конденсаторы, выступающие

промежуточным накопителем энергии. Накопление энергии отслеживается с помощью специальной микросхемы: как только напряжение достигает 3 В, запускается вычислительное устройство —

микроконтроллер. С его помощью происходит автоматизированный сбор информации с датчиков, а затем их передача на персональный компьютер оператора системы. Для этого устройство снабжено

модулем беспроводной передачи данных. Ученые ЛЭТИ провели успешные испытания в нескольких локациях на разных типах почв (среднеподзолистых и торфяных), в частности в Удельном парке

Петербурга, а также на б. Селькясуо в Ленинградской области. Эксперименты показали, что грунты болотистой местности показывают больший уровень напряжения (почти в полтора раза больше, чем

среднеподзолистые). Это объясняется тем, что болотная почва содержит больше органических веществ, которые являются основным источником питания для микроорганизмов. «Сейчас мы с моим научным

руководителем, кандидатом химических наук, доцентом кафедры ИЗОС Ольгой Рахимовой, ведем работу по патентованию нашей системы экологического мониторинга. Среди сфер для ее практического

применения — мониторинг метеорологических показателей и загрязнителей в труднодоступной местности заповедников, а также на землях сельхозназначения. Благодаря низкой себестоимости

устройства, компактным габаритам и автономности работы предложенное решение представляет интерес и для частного сектора: система может быть эффективно использована в условиях приусадебных

хозяйств для оптимизации климатических параметров в защищенном грунте»,— заключает инженер кафедры ИЗОС СПбГЭТУ ЛЭТИ Яна Хващевская. Разработка была представлена в Татарстане на форуме

BIOTECH FORUM в секции «Экобиотех». Сейчас молодые ученые ЛЭТИ ведут переговоры с потенциальными индустриальными партнерами по внедрению системы экологического мониторинга. _Материал

предоставлен Центром научных коммуникаций СПбГЭТУ ЛЭТИ_