Electricidade do Solo Vivo: SMFC + Harvesting + Wi-Fi — Resumo Técnico

1) O que é uma SMFC (Soil Microbial Fuel Cell)

Uma SMFC é uma célula electroquímica que tira proveito de comunidades microbianas do solo. Em zonas pobres em oxigénio, certas bactérias oxidam matéria orgânica e libertam electrões. Se colocarmos um eléctrodo condutor (o ânodo) nesse ambiente anaeróbio, os microrganismos conseguem "entregar" electrões ao eléctrodo através de mecanismos de transferência extracelular (biofilme, mediadores, vias condutoras). Esses electrões seguem pelo circuito externo até ao cátodo, situado numa zona mais oxigenada perto da superfície, onde o oxigénio é reduzido e o circuito fecha-se.

2) A verdade prática: potência pequena, valor enorme

O ponto-chave do paper anexo é a engenharia de honestidade : SMFC não é central eléctrica. É energia humilde — mas contínua, silenciosa e distribuída. O "milagre" não está em alimentar uma casa; está em manter sensores e telemetria a funcionar em locais onde baterias apodrecem e painéis solares falham (sombra, inverno, vandalismo, subterrâneo).

3) Desenho de referência (replicável e robusto)

A arquitectura proposta é vertical e simples, usando o próprio gradiente do solo:

• Ânodo: 20–30 cm de profundidade (zona anaeróbia), com feltro/tecido de carbono ou grafite porosa (alta área).
• Cátodo: 5–10 cm da superfície (zona oxigenada), idealmente um air-cathode com carbono activado e camada difusora hidrofóbica.
• Separação: o solo actua como separador natural (evita membranas caras e frágeis).
• Dimensões iniciais: eléctrodos 10×10 cm a 15×15 cm; distância efectiva 15–25 cm.

4) O coração do sistema: colheita e armazenamento

A SMFC fornece tensão baixa e variável. Para transformar micro-potência em energia útil, o paper define uma cadeia completa:

• Harvester DC-DC (arranque ultra-baixo) para elevar tensões pequenas.
• Supercondensador (ex.: 5–10 F) como "depósito" de energia.
• Regulação para 3,3 V (rail estável para electrónica).
• Power-gating (MOSFET + supervisor) para manter o nó totalmente desligado até existir energia suficiente.

Em termos simples: carregar lentamente… para depois gastar depressa e voltar a dormir.

5) Wi-Fi com SMFC: o truque do "modo relâmpago"

Wi-Fi é exigente, com picos de corrente elevados. A solução proposta torna-o viável com SMFC ao impor disciplina energética: o microcontrolador (ex.: ESP32-C3) só é alimentado quando a tensão do supercondensador ultrapassa um limiar (V_ON). Depois, executa uma sequência curta:

• Arranca → mede sensores → liga Wi-Fi (timeout curto) → envia payload mínimo → desliga Wi-Fi → desliga-se.
• Evita protocolos pesados quando possível (TLS aumenta custo energético).
• Envia para servidor local (HTTP/MQTT) ou sistema de alertas (ex.: ntfy).

6) Metodologia de validação (dados "de paper")

O resumo inclui um protocolo experimental pragmático para caracterização e comparação:

• Voc (tensão em circuito aberto) e evolução temporal.
• Curvas de polarização (varrimento de cargas) para obter V-I-P e P_max.
• Resistência interna por declive V–I.
• Impacto de humidade/temperatura/solo.
• Energia por transmissão pelo desnível do supercondensador: E = ½·C·(V²_antes − V²_depois).

7) Conclusão: tecnologia pequena, futuro grande

O paper conclui que as SMFC, quando acopladas a electrónica moderna de harvesting e firmware energia-consciente, viabilizam sensores autónomos e redes IoT de baixa manutenção. A inovação não é apenas biológica: é a combinação do solo vivo com engenharia de sistema — transformando micro-energia contínua em acção útil e repetível.