Учёные разработали способ генерации чистой электроэнергии с помощью куриных перьев
Пищевая промышленность создает огромное количество отходов и побочных продуктов. Каждый год сжигается около 40 миллионов тонн куриных перьев, что не только вызывает выброс больших объемов CO2, но и производит токсичные газы, такие как диоксид серы.
Исследователи из Швейцарской высшей школы Цюриха (ETH) и Наньянского технологического университета (NTU) нашли способ использовать эти перья на благо науки. С помощью простого и экологически безопасного процесса они извлекли белок кератин из перьев и превратили его в ультратонкие волокна, известные как амилоидные фибриллы. Эти кератиновые фибриллы затем участвуют в производстве мембран топливных ячеек.
Топливные ячейки генерируют электроэнергию из водорода и кислорода без выбросов CO2, выделяя только тепло и воду. В центре каждой топливной ячейки находится полупроницаемая мембрана. Она позволяет протонам проходить через себя, но блокирует электроны, заставляя их двигаться через внешнюю цепь от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду, таким образом, производя электрический ток.
В традиционных топливных ячейках мембраны до сих пор создавались из высокотоксичных химических веществ, или так называемых «вечных химикатов» — их производство стоит дорого и они не разлагаются в окружающей среде. Мембрана, разработанная исследователями ETH и NTU, в свою очередь, состоит главным образом из кератина, который не несет вреда окружающей среде и доступен, так как перья кур состоят из него на 90%. Это означает, что мембрана, разработанная исследователями, уже в три раза дешевле, чем традиционные аналоги.
— Раффаэль Мецценга, профессор по пищевым и мягким материалам в ETH.
Тем не менее, есть еще ряд проблем, которые нужно решить, прежде чем водород сможет стать источником энергии. Поскольку он не существует на Земле в чистом виде, водород необходимо производить, что требует большого количества энергии. Новая мембрана может пригодиться в будущем, потому что ее можно использовать не только в топливных ячейках, но и при расщеплении воды.
— Раффаэль Мецценга.
В процессе, известном как электролиз, через воду проходит постоянный ток, вызывая образование кислорода на положительно заряженном аноде, в то время как водород выделяется на отрицательно заряженном катоде. Чистая вода недостаточно проводящая и требует добавления кислот. Новая мембрана, однако, проницаема для протонов и обеспечивает необходимую для эффективного расщепления миграцию частиц между анодом и катодом, что дает возможность использовать чистую воду. Следующим шагом исследователей будет улучшение и дальнейшее изучение стабильности и долговечности кератиновой мембраны.
Исследователи из Швейцарской высшей школы Цюриха (ETH) и Наньянского технологического университета (NTU) нашли способ использовать эти перья на благо науки. С помощью простого и экологически безопасного процесса они извлекли белок кератин из перьев и превратили его в ультратонкие волокна, известные как амилоидные фибриллы. Эти кератиновые фибриллы затем участвуют в производстве мембран топливных ячеек.
Топливные ячейки генерируют электроэнергию из водорода и кислорода без выбросов CO2, выделяя только тепло и воду. В центре каждой топливной ячейки находится полупроницаемая мембрана. Она позволяет протонам проходить через себя, но блокирует электроны, заставляя их двигаться через внешнюю цепь от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду, таким образом, производя электрический ток.
В традиционных топливных ячейках мембраны до сих пор создавались из высокотоксичных химических веществ, или так называемых «вечных химикатов» — их производство стоит дорого и они не разлагаются в окружающей среде. Мембрана, разработанная исследователями ETH и NTU, в свою очередь, состоит главным образом из кератина, который не несет вреда окружающей среде и доступен, так как перья кур состоят из него на 90%. Это означает, что мембрана, разработанная исследователями, уже в три раза дешевле, чем традиционные аналоги.
Я посвятил несколько лет исследованиям различных способов использования пищевых отходов в системах возобновляемой энергии. Наше последнее открытие закрывает цикл их производства: мы берем вещество, которое выделяет CO2 и токсичные газы при сжигании, и используем его иначе. С нашей новой технологией мы не только заменяем токсичные вещества на экологически чистые, но и предотвращаем выброс CO2, уменьшая общий углеродный след цикла производства
— Раффаэль Мецценга, профессор по пищевым и мягким материалам в ETH.
В поиске чистой энергии
Тем не менее, есть еще ряд проблем, которые нужно решить, прежде чем водород сможет стать источником энергии. Поскольку он не существует на Земле в чистом виде, водород необходимо производить, что требует большого количества энергии. Новая мембрана может пригодиться в будущем, потому что ее можно использовать не только в топливных ячейках, но и при расщеплении воды.
Водород — самый распространенный элемент во вселенной, но, к сожалению, не на Земле
— Раффаэль Мецценга.
В процессе, известном как электролиз, через воду проходит постоянный ток, вызывая образование кислорода на положительно заряженном аноде, в то время как водород выделяется на отрицательно заряженном катоде. Чистая вода недостаточно проводящая и требует добавления кислот. Новая мембрана, однако, проницаема для протонов и обеспечивает необходимую для эффективного расщепления миграцию частиц между анодом и катодом, что дает возможность использовать чистую воду. Следующим шагом исследователей будет улучшение и дальнейшее изучение стабильности и долговечности кератиновой мембраны.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Секрет 14-го моря России: куда оно пропало и почему о нем снова заговорили?
Эксперты напоминают: Кроме Печорского, у России есть и 15-е «забытое» море, и оно тоже возвращается на карты...
Главная тайна Черного моря разгадана: Ученые рассказали, почему там на дне очень прозрачная пресная вода
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось заглянуть на 8 тысяч лет назад...
Золотой колокольчик из Эрмитажа: почему Владимир Путин запретил выставлять этот артефакт за границей?
Сколько сокровищ потеряла Россия в последнее время, пока не поняла, что договоры с Западом не стоят даже бумаги, на которой написаны?...
3500-летние рисунки на камнях российского острова Вайгач грозят переписать древнюю историю Арктики
Ученые рассказали, кем были мореходы из забытой цивилизации Русского Севера...
Операция «Байконур»: как СССР дерзко и красиво долгие годы водил за нос весь Запад
С какого космодрома на самом деле стартовал Юрий Гагарин?...
Ученые рассказали, какой фрукт подчинил себе весь Китай
Как продукт с очень специфическим запахом стал управлять дипломатией и экономикой Юго-Восточной Азии?...
Она нам больше не праматерь! Почему легендарную Люси могут «изгнать» из числа наших предков?
Ведущие антропологи мира схлестнулись в настоящей войне. Кто же окажется победителем?...
Американский авиалайнер резко рухнул на 7000 метров: эксперты считают виновником сбоя космические лучи из глубин Галактики
В этот раз катастрофа не произошла, но под угрозой электроника самолетов, космических аппаратов и даже автомобилей. Почему так происходит?...
Забытые истории: где искать потерянные русские города?
Последний языческий город, почему Тмутаракань — головная боль археологов и что не так со Старой Рязанью...
Главная тайна Аркаима: что спасло самый древний город на территории России от полного уничтожения?
Почему эксперты считают, что в этом месте «текут» две параллельные реальности?...
Наука в корне ошибалась: на Титане нет огромного океана, вместо этого он пронизан «слякотными туннелями»
Почему ученые уверены, что новое открытие только увеличивает шансы на нахождение жизни на крупнейшем спутнике Сатурна?...