Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Pin nhiên liệu vi sinh chuyển đổi mêtan thành điện năng (27/05/2017)

Hoạt động vận chuyển mêtan từ các giếng khí ra thị trường tạo điều kiện cho khí nhà kính này rò rỉ vào khí quyển. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế bước đầu đã chuyển đổi trực tiếp mêtan thành điện năng bằng cách sử dụng vi khuẩn. Quy trình này có thể được thực hiện gần các địa điểm khoan dầu khí.

Thomas K. Wood, Giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học bang Pennsylvania cho biết: "Hiện nay, chúng ta phải vận chuyển khí mêtan qua các đường ống. Khi bạn vận chuyển khí mêtan, nghĩa là bạn đang tạo điều kiện cho một loại khí nhà kính được giải phóng. Chúng ta không thể tránh khỏi tất cả các hiện tượng rò rỉ khí, nhưng chúng ta có thể giảm một nửa tình trạng này nếu không vận chuyển khí bằng đường ống giữa những quãng đường dài".

Mục tiêu mà các nhà nghiên cứu đặt ra là sử dụng pin nhiên liệu vi sinh biến đổi mêtan gần các giếng khí thành điện năng để tránh phải vận chuyển khí giữa những quãng đường dài. Đây là mục tiêu còn xa mới đạt được trong tương lai, nhưng hiện nhóm nghiên cứu đã chế tạo được loại pin nhiên liệu hoạt động nhờ vi khuẩn để chuyển đổi khí mêtan thành điện năng công suất thấp.

Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khoa học đã cố gắng để chuyển đổi trực tiếp mêtan thành điện năng, nhưng họ không thể làm được điều đó với pin nhiên liệu vi sinh. Hiện nhóm nghiên cứu quốc tế đã tạo ra một chủng khuẩn phù hợp.

Pin nhiên liệu vi sinh chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng bằng cách sử dụng vi sinh vật. Loại pin này hoạt động dựa vào hầu hết mọi loại chất hữu cơ bao gồm nước thải, axetat và chất thải của quá trình sản xuất bia. Tuy nhiên, mêtan gây ra một số trở ngại cho pin nhiên liệu vi sinh vì vi khuẩn tiêu thụ mêtan có tồn tại, nhưng lại nằm sâu dưới đại dương và không thể nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.

Trên thực tế, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một tập hợp vi khuẩn sản xuất điện vì mỗi loại vi khuẩn làm phần việc của chúng. Sử dụng phương pháp sinh học tổng hợp bao gồm sao chép ADN, nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy trong phòng thí nghiệm loại vi khuẩn giống như vi khuẩn ở sâu dưới Biển Đen. Vi khuẩn này sử dụng khí mêtan và sản xuất axetat, electron và enzym năng lượng thu hút các electron. Các nhà khoa học cũng đã bổ sung hỗn hợp vi khuẩn có trong bùn từ bể mêtan - bước cuối cùng trong quy trình xử lý chất thải. Bùn thải này chứa vi khuẩn sản sinh hợp chất có khả năng vận chuyển electron đến điện cực, nhưng những vi khuẩn đó cần được thích nghi với khí mêtan để tồn tại trong pin nhiên liệu. GS.Wood cho rằng: Quá trình này cần có hoạt động của con thoi điện tử. Vi khuẩn trong bùn đóng vai trò này.

Khi các electron di chuyển đến điện cực, dòng chảy của các electron sinh ra điện. Để tăng sản lượng điện, các nhà nghiên cứu đã sử dụng vi khuẩn Geobacter trong tự nhiên, tiêu thụ axetat do các vi khuẩn tổng hợp tạo ra để thu hút mêtan nhằm tạo ra các electron.

Để chứng minh sự cần thiết của con thoi điện tử, các nhà nghiên cứu cho pin nhiên liệu hoạt động chỉ bằng vi khuẩn tổng hợp và vi khuẩn Geobacter. Kết quả là pin nhiên liệu không sản xuất điện. Nhưng khi họ bổ sung axit humic - con thoi điện tử “không sống” và pin nhiên liệu đã hoạt động. Vi khuẩn từ bùn mang lại hiệu quả cao hơn axit humic, vì chúng tự duy trì hoạt động. Các nhà nghiên cứu đã xin cấp sáng chế tạm thời cho quy trình này.

GS. Wood cho biết: "Quy trình này sản xuất nhiều điện năng cho pin nhiên liệu vi sinh. Tuy nhiên, vào thời điểm này, điện năng sản sinh ít hơn 1.000 lần so với điện năng được sản xuất bởi pin nhiên liệu methanol".

Nguồn: vista.gov.vn