Pin dùng đường thực phẩm làm nguồn năng lượng
Một nhóm nhà khoa học ở trường Đại học Công nghệ Virginia (Mỹ) vừa công bố trên tạp chí Nature Communications sáng chế pin sinh học lấy năng lượng từ đường thực phẩm có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao, thân thiện với môi trường, sử dụng an toàn và có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về pin dùng cho các dụng cụ điện tử cầm tay.
Trong khi các loại pin sinh học trước đây chỉ đạt hiệu suất khoảng 17% thì loại pin mới (tiếng Anh là sugar-powered biobattery) nói trên trực tiếp chuyển hóa năng lượng chứa trong đường thành điện năng với hiệu suất gần bằng 100%. Nó có mật độ tồn trữ năng lượng bằng 596 ampe-giờ cho mỗi kg, tức gấp 10 lần pin lithium hiện đang sử dụng phổ biến.
Y.H. Percival Zhang, Phó giáo sư hệ thống sinh học tại Học viện Nông nghiệp và Khoa học sự sống thuộc Đại học Virginia Tech (Virginia Tech’s College of Agriculture and Life Sciences) là người phụ trách dự án nghiên cứu nói trên. Ông nói: “Đường là một hợp chất tồn trữ năng lượng hoàn hảo trong thiên nhiên. Vì thế việc tận dụng loại năng lượng thiên nhiên này để chế tạo loại pin kiểu mới theo phương pháp thân thiện với môi trường là rất hợp logic.” Ông cho biết loại pin này có thể sẽ xuất hiện trên thị trường sớm nhất trong vòng ba năm.
Nhóm nghiên cứu đã dùng biện pháp enzyme (enzymatic pathway) để làm ra điện từ chất glucose trong đường. So với quá trình chuyển hóa đường thành năng lượng trong cơ thể con người thì quá trình chuyển hóa đường thành điện năng trong loại pin nói trên sử dụng ít enzyme hơn. Shelley Minteer, chuyên gia pin sinh học ở Đại học Utah nói: “Sử dụng ít enzyme mà lấy ra được tất cả các điện tử (từ các phân tử đường) là điều rất quan trọng. Tôi cho rằng đây là một thành tựu lớn về biện pháp trao đổi chất.”
Các tác giả sáng chế đã tìm ra biện pháp tổng hợp phi tự nhiên chất enzyme, sau đó dùng loại enzyme xúc tác sinh vật giá thành hạ này để làm chất xúc tác thay cho platinum (bạch kim) đắt tiền trước nay vẫn dùng trong chế tạo pin.
Giống như mọi loại pin nhiên liệu khác, pin đường kết hợp nhiên liệu – trong trường hợp này là đường maltodextrin (một loại đường mạch nha dạng keo) – với không khí để làm ra điện, đồng thời sinh ra hai sản phẩm phụ là khí CO2 và nước. Bằng cách sử dụng chất xúc tác enzyme (enzyme cascade), nhóm nghiên cứu giải phóng được tất cả các điện tử trong dung dịch đường, vì thế quá trình chuyển đổi năng lượng có hiệu suất cực cao. Pin nhiên liệu đường có đặc điểm an toàn vì nó không thể gây cháy hoặc nổ như các loại pin nhiên liệu hiện nay đang sử dụng (thí dụ pin nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu methanol) và mật độ trữ năng lượng cũng cao hơn. Do có khả năng bị phân hủy bởi vi khuẩn nên loại pin này khi bị thải sẽ không gây ô nhiễm môi trường.
Trong ba năm qua, loại pin mới của Zhang đã được thử dùng để chạy một số điện thoại di động, máy tính bảng, video game, và nhiều dụng cụ điện tử khác.
Tuy là đột phá quan trọng trong lĩnh vực pin sinh học nhưng loại pin nói trên vẫn còn chưa hoàn thiện. Một cộng sự của Zhang là Zhi Guangzhu giải thích: “Hiện nay chúng tôi đứng trước thách thức là tuổi thọ của loại pin này còn rất ngắn, hơn nữa lại chưa có cách nào nạp điện cho nó.”
Pin sinh học là hướng phát triển của công nghệ sản xuất pin, vì nó có ưu điểm thân thiện với môi trường, không như các loại pin thường dùng trước nay đều lấy năng lượng từ các hóa chất có hại cho môi sinh và sức khỏe của con người, hơn nữa lại không tự phân hủy được.
Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ cho biết riêng nước này mỗi năm thải ra hàng triệu chiếc pin độc hại như vậy. Vì thế sáng chế nói trên của các nhà khoa học ở Đại học Công nghệ Virginia có thể giúp loài người tránh được hậu quả tai hại lâu dài do việc chôn xuống đất hàng trăm nghìn tấn pin đã qua sử dụng mà không tự phân hủy được.
Nguyễn Hải Hoành tổng hợp
Y.H. Percival Zhang, Phó giáo sư hệ thống sinh học tại Học viện Nông nghiệp và Khoa học sự sống thuộc Đại học Virginia Tech (Virginia Tech’s College of Agriculture and Life Sciences) là người phụ trách dự án nghiên cứu nói trên. Ông nói: “Đường là một hợp chất tồn trữ năng lượng hoàn hảo trong thiên nhiên. Vì thế việc tận dụng loại năng lượng thiên nhiên này để chế tạo loại pin kiểu mới theo phương pháp thân thiện với môi trường là rất hợp logic.” Ông cho biết loại pin này có thể sẽ xuất hiện trên thị trường sớm nhất trong vòng ba năm.
Nhóm nghiên cứu đã dùng biện pháp enzyme (enzymatic pathway) để làm ra điện từ chất glucose trong đường. So với quá trình chuyển hóa đường thành năng lượng trong cơ thể con người thì quá trình chuyển hóa đường thành điện năng trong loại pin nói trên sử dụng ít enzyme hơn. Shelley Minteer, chuyên gia pin sinh học ở Đại học Utah nói: “Sử dụng ít enzyme mà lấy ra được tất cả các điện tử (từ các phân tử đường) là điều rất quan trọng. Tôi cho rằng đây là một thành tựu lớn về biện pháp trao đổi chất.”
Các tác giả sáng chế đã tìm ra biện pháp tổng hợp phi tự nhiên chất enzyme, sau đó dùng loại enzyme xúc tác sinh vật giá thành hạ này để làm chất xúc tác thay cho platinum (bạch kim) đắt tiền trước nay vẫn dùng trong chế tạo pin.
Giống như mọi loại pin nhiên liệu khác, pin đường kết hợp nhiên liệu – trong trường hợp này là đường maltodextrin (một loại đường mạch nha dạng keo) – với không khí để làm ra điện, đồng thời sinh ra hai sản phẩm phụ là khí CO2 và nước. Bằng cách sử dụng chất xúc tác enzyme (enzyme cascade), nhóm nghiên cứu giải phóng được tất cả các điện tử trong dung dịch đường, vì thế quá trình chuyển đổi năng lượng có hiệu suất cực cao. Pin nhiên liệu đường có đặc điểm an toàn vì nó không thể gây cháy hoặc nổ như các loại pin nhiên liệu hiện nay đang sử dụng (thí dụ pin nhiên liệu hydrogen và pin nhiên liệu methanol) và mật độ trữ năng lượng cũng cao hơn. Do có khả năng bị phân hủy bởi vi khuẩn nên loại pin này khi bị thải sẽ không gây ô nhiễm môi trường.
Trong ba năm qua, loại pin mới của Zhang đã được thử dùng để chạy một số điện thoại di động, máy tính bảng, video game, và nhiều dụng cụ điện tử khác.
Tuy là đột phá quan trọng trong lĩnh vực pin sinh học nhưng loại pin nói trên vẫn còn chưa hoàn thiện. Một cộng sự của Zhang là Zhi Guangzhu giải thích: “Hiện nay chúng tôi đứng trước thách thức là tuổi thọ của loại pin này còn rất ngắn, hơn nữa lại chưa có cách nào nạp điện cho nó.”
Pin sinh học là hướng phát triển của công nghệ sản xuất pin, vì nó có ưu điểm thân thiện với môi trường, không như các loại pin thường dùng trước nay đều lấy năng lượng từ các hóa chất có hại cho môi sinh và sức khỏe của con người, hơn nữa lại không tự phân hủy được.
Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ cho biết riêng nước này mỗi năm thải ra hàng triệu chiếc pin độc hại như vậy. Vì thế sáng chế nói trên của các nhà khoa học ở Đại học Công nghệ Virginia có thể giúp loài người tránh được hậu quả tai hại lâu dài do việc chôn xuống đất hàng trăm nghìn tấn pin đã qua sử dụng mà không tự phân hủy được.
Nguyễn Hải Hoành tổng hợp
Tác giả
(Visited 5 times, 1 visits today)