Pin sinh học lấy năng lượng từ vi khuẩn trong nước thải

Vi khuẩn sống ở trong cơ thể chúng ta, trong đất, trong nước và cả trong chất thải. Khi ăn thức ăn, chúng lấy các hạt electron từ môi trường và sau đó bài tiết ra ngoài.

Nhiều nhà khoa học đã tìm ra cách để bắt các hạt electron này vào pin nhiên liệu vi sinh vật và biến chúng thành nguồn năng lượng. Thế nhưng nhà nghiên cứu Seokheun Sean Choi, là một trợ lý giáo sư và cũng là giám đốc phòng thí nghiệm Bioelectronics & Microsystems Lab của Đại học Binghamton, New York, đã tìm ra cách để làm điều này bằng giấy.

Tấm pin bằng giấy có thể gập được của ông là một loại pin được cung cấp năng lượng từ vi khuẩn, tấm pin này có thể dùng để chạy các cảm biến sinh học nhỏ. Bởi vì được chế tạo từ giấy, thiết bị này rất rẻ và sẵn có. Do hoạt động dựa vào vi khuẩn, tấm pin này có thể tạo ra năng lượng mọi lúc mọi nơi khi cần.

Choi cho biết “về lý thuyết, vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi. Nên pin dựa trên vi khuẩn có thể hoạt động ngay cả trong điều kiện tài nguyên có hạn”.

Điều này có nghĩa là loại pin này có thể dùng ở các khu vực bị thiên tai, trên chiến trường, hay trong phòng khám phục vụ cho các cộng đồng dân cư nghèo khó.

Về cơ bản, tấm pin này cũng có 2 phần chính như mọi loại pin khác: một cực dương và một cực âm. Cực dương thường là nguồn hạt electron, các hạt này sẽ chạy tới cực âm và tạo ra dòng điện.

Trên tấm pin này, Choi tạo ra một cực dương ở một bên của tờ giấy, cực dương này được làm bằng một lượng rất nhỏ nước đầy vi khuẩn chứa trong một hồ chứa nằm trong một tấm polyme dẫn điện. Cực âm nằm ở phía bên kia của tờ giấy, đó là một dải dây bằng bạc nitrat nằm bên dưới một lớp sáp mỏng.

Bằng cách gập tờ giấy để cho 2 bên tiếp xúc với nhau, các hạt electron từ vi khuẩn chảy về phía cực âm và tạo thành dòng điện. Khi gấp tấm pin thành các hình dạng khác nhau sẽ tạo ra lượng điện khác nhau.

Chẳng hạn như, bằng cách gấp tấm pin thành hình xếp nếp để 6 hàng của 6 pin nhiên liệu có thể chạm vào nhau (trên mỗi hàng có 3 pin, được gấp với 3 pin còn lại), tấm pin này sẽ tạo ra 44,85 µW cho 105,89 µA.

Ông Choi cũng thừa nhận rằng lượng điện năng này rất nhỏ. Trong những ngày đầu cân nhắc về việc chế tạo giấy điện tử, ông đã hoài nghi về giá trị sử dụng của nó.

Nhưng sau đó Choi nhận ra rằng, các cảm biển sinh học để phát hiện mầm bệnh hoặc theo dõi lượng đường huyết không cần nhiều năng lượng để hoạt động. Ông cũng rất thích ý tưởng về việc khai thác nguồn năng lượng phổ biến này.

Hiện nay, sẽ phải dùng tới hàng triệu tấm pin giấy này để thắp sáng một bóng đèn 40W, vì vậy công nghệ này có lẽ sẽ không thể sớm trở thành giải pháp cấp để cấp điện cho các thiết bị điện tử thông thường.

Choi cho biết “hiện nay, thiết bị này sử dụng nước thải, tuy nhiên thiết bị cũng hoàn toàn có thể hoạt động với bất kỳ loại chất lỏng nào giống với chất dịch của cơ thể, chẳng hạn như máu, mồ hôi, nước tiểu hoặc nước bọt. Choi tin rằng, loại pin giấy sinh học này có thể sẽ là nguồn năng lượng tương lai cho giấy điện.

Đây không phải là tấm pin giấy đầu tiên của Choi. Hồi đầu năm, nhóm nghiên cứu của ông đã giới thiệu một thiết kế gấp lại thành hình sao giống phi tiêu của các Ninja.

Anh Thư (Tổng hợp)