Màng sinh học nhân tạo giúp làm tăng hiệu suất của pin nhiên liệu vi sinh

Dân trí Thông thường, pin nhiên liệu vi sinh vật hoạt động dựa trên điện năng sản sinh ra nhờ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Bayreuth, CHLB Đức mới đây cho biết họ vừa phát triển thành công một loại màng sinh học có khả năng làm tăng đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu.

Công nghệ mới được đánh giá là hoạt động hiệu quả, ổn định cũng như dễ sử dụng hơn so với màng sinh học tự nhiên. Bài báo mô tả về những lợi ích mà công nghệ mới đem lại được đăng tải trên tạp chí Macromolecular Bioscience.

Pin nhiên liệu vi sinh sử dụng vi khuẩn có khả năng phân hủy được các hợp chất hữu cơ, trong đó có axit lactic. Trong pin nhiên liệu, điện tử liên tục được sinh ra và giải phóng nhờ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Các điện tử được giải phóng di chuyển từ cực dương sang cực âm ở phía đối diện của pin nhiên liệu, tạo ra dòng điện. Trong quá trình tạo ra dòng điện theo cách này, các vi khuẩn xâm chiếm, sống bám và gắn kết với nhau trên bề mặt kim loại của cực dương. Tại đây, vi khuẩn sinh sôi và phát triển rất mạnh mẽ, từ đó, hình thành một lớp màng sinh học tự nhiên và dẫn điện tới cực dương. Màng sinh học nhân tạo của nhóm nghiên cứu Bayreuth hoạt động hiệu quả tương tự màng sinh học tự nhiên, tuy nhiên, nó có khả năng tối ưu hóa hiệu suất của pin nhiên liệu theo nhiều cách khác nhau.

Vi khuẩn hoạt động trong mạng lưới tổng hợp: ổn định hơn so với màng sinh học tự nhiên.

Nói một cách chính xác, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi GS. TS. Ruth Freitag - chuyên ngành Công nghệ sinh học Chế biến và GS. TS. Andreas Greiner chuyên ngành Hóa học Phân tử đã sản xuất loại vật liệu hydrogel composite sinh học. Đó là một cấu trúc mạng lưới gồm các sợi polymer nhỏ xíu có chứa một chủng vi khuẩn duy nhất. Quá trình trao đổi chất của loài vi khuẩn này tạo ra điện năng liên tục mà không hề bị gián đoạn. Tuy nhiên, hiệu suất của pin được tăng lên đáng kể: "Màng sinh học của chúng tôi được hình thành nên từ loài vi khuẩn Shewanella oneidensis. Pin nhiên liệu sử dụng màng sinh học chứa loài vi khuẩn này đạt hiệu suất gấp đôi so với pin nhiên liệu sử dụng màng sinh học tự nhiên", TS. Patrick - thành viên nhóm nghiên cứu Bayreuth giải thích.

Một trong những ưu điểm nổi trội của phương pháp nâng cao hiệu suất pin nhiên liệu chính là nguồn năng lượng ổn định và có thể tính toán được, do nồng độ vi khuẩn trong loại màng sinh học nhân tạo đặc biệt này hoàn toàn có thể được xác định ngay từ ban đầu. Trong khi đó, hoạt động của màng sinh học tự nhiên không ổn định nên rất khó kiểm soát. Như vậy, có thể nhận thấy công nghệ màng sinh học mới của trường Đại học Bayreuth làm tăng đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu vi sinh, do đó, dễ sử dụng hơn.

Ngày nay, kỹ thuật kéo sợi lông cừu được sử dụng tương đối rộng rãi. Nhà nghiên cứu Steffen Reich cho biết vật liệu composite sinh học được sản xuất bằng phương pháp kết hợp, kéo các sợi polyme lại với nhau để tạo thành một sợi lông cừu.

P.K.L-NASATI (Theo Phys)