Điện từ rau diếp biển 02.01.2022

Các nhà nghiên cứu tại Technion - Viện Công nghệ Israel - đã phát triển một phương pháp mới để tạo ra dòng điện trực tiếp từ rong biển một cách thân thiện và hiệu quả với môi trường.

Ý tưởng, lần đầu tiên nảy ra với nghiên cứu sinh tiến sĩ Technion Yaniv Schlosberg khi đang bơi trên bãi biển, đã được đưa ra thành hiện thực bởi một nhóm các nhà nghiên cứu từ ba khoa Technion là thành viên của Chương trình Năng lượng Lớn của Technion (GTEP), cùng với một nhà nghiên cứu từ Viện Hải dương học và Giới hạn của Israel ở Haifa (IOLR).).

Như đã biết, việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch dẫn đến phát thải khí nhà kính và các chất ô nhiễm khác ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu, và các dạng ô nhiễm môi trường khác nhau xảy ra ở tất cả các khâu sản xuất, vận chuyển, chế biến và tiêu thụ các loại nhiên liệu này. Khủng hoảng khí hậu và các vấn đề môi trường đang thúc đẩy việc nghiên cứu và tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế, sạch và tái tạo. Một trong số đó là việc sử dụng các sinh vật sống (ví dụ như vi khuẩn) làm nguồn hiện tại trong pin nhiên liệu vi sinh vật (MFC) và tế bào quang điện sinh học BPEC. Một số vi khuẩn có khả năng chuyển điện tử, nhưng chúng cần được cho ăn liên tục, và một số vi khuẩn trong số chúng có khả năng gây bệnh.

Một nguồn điện thay thế có thể là vi khuẩn quang hợp, đặc biệt là vi khuẩn lam (còn gọi là tảo xanh lam). Bản thân vi khuẩn lam lấy thức ăn từ carbon dioxide, nước và ánh sáng mặt trời, và trong hầu hết các trường hợp, chúng vô hại - một số trong số chúng, chẳng hạn như "spirulina", thường được coi là "siêu thực phẩm" và được trồng với số lượng lớn.

Các nhóm nghiên cứu của các giáo sư Noam Adir và Gadi Schuster đã phát triển các phương pháp sử dụng vi khuẩn lam để tạo ra điện và nhiên liệu hydro. Tuy nhiên, vi khuẩn lam cũng có nhược điểm - chúng tạo ra ít dòng điện hơn trong bóng tối, khi không có quá trình quang hợp, và năng lượng nhận được từ chúng cũng ít hơn so với pin mặt trời thông thường. Do đó, công nghệ BPEC, mặc dù thân thiện với môi trường hơn, nhưng lại kém hấp dẫn hơn về mặt thương mại.

Trong công trình mới của mình, các nhà nghiên cứu từ Technion và IOLR đã cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một nguồn quang hợp mới - tảo. Nghiên cứu do Giáo sư Noam Adir và nghiên cứu sinh tiến sĩ Yaniv Schlosberg từ Khoa Hóa học Technion và GTEP dẫn đầu. Họ hợp tác với các nhà nghiên cứu Technion khác: Tiến sĩ Tunde Toth (Khoa Hóa học), Giáo sư Gadi Shuster, Tiến sĩ David Merii, Nimrod Krupnik và Benjamin Eichenbaum (Khoa Sinh học), Tiến sĩ Omer Yehezkeli và Matan Meyrovic (Khoa Công nghệ Sinh học và Kỹ thuật thực phẩm) và Tiến sĩ Alvaro Israel từ IOLR ở Haifa. Nhiều loại rong biển mọc tự nhiên trên bờ biển Địa Trung Hải của Israel - đặc biệt là rong biển (hay còn gọi là rau diếp biển), được trồng với số lượng lớn tại IOLR cho mục đích nghiên cứu.

Bằng cách phát triển những cách mới để kết nối giữa tảo và BPEC, các nhà nghiên cứu đã thu được dòng điện mạnh hơn 1000 lần so với dòng điện từ vi khuẩn lam và ở mức pin mặt trời tiêu chuẩn. Giáo sư Adir lưu ý rằng sức mạnh hiện tại này là do tốc độ quang hợp của tảo cao và khả năng sử dụng tảo trong nước biển tự nhiên của chúng làm chất điện phân trong BPEC. Ngoài ra, rong biển tạo ra dòng điện trong bóng tối, tạo ra khoảng 50% dòng điện trong ánh sáng - trong bóng tối, nguồn năng lượng là quá trình hô hấp của tảo, trong đó đường thu được trong quá trình quang hợp được sử dụng để làm dinh dưỡng. Đối với vi khuẩn lam, không cần thêm hóa chất để tạo ra dòng điện. "Rau diếp biển" giải phóng các phân tử trung gian để mang các điện tử đến điện cực BPEC, do đó tạo ra một dòng điện.

Các công nghệ sản xuất năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch được gọi là "tích cực carbon". Điều này có nghĩa là khi đốt cháy nhiên liệu, carbon sẽ được thải vào khí quyển. Công nghệ pin mặt trời được gọi là "carbon trung tính" và khi chúng khai thác năng lượng từ mặt trời, không có carbon mới nào thực sự được thải vào khí quyển. Tuy nhiên, việc sản xuất pin mặt trời và vận chuyển chúng đến nơi sử dụng có lượng cacbon dương hơn nhiều lần. Công nghệ điện sinh học mới được phát triển tại Technion thực sự là "carbon âm" - rong biển phát triển bằng cách hấp thụ carbon trong khí quyển vào ban ngày và giải phóng oxy, và chỉ vào ban đêm, chúng mới thải ra carbon khi thở. Đồng thời, rong biển đã được trồng đại trà cho các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.