24 окт 2023 591

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.

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.