Phát triển pin nhiên liệu vi sinh lấy năng lượng hoàn toàn bằng đất
Một nhóm nghiên cứu của Đại học Northwestern đã chứng minh phương pháp mới đáng chú ý để tạo ra điện, với thiết bị có kích thước bằng bìa mềm đặt trong đất và thu năng lượng được tạo ra khi vi khuẩn phân hủy chất bẩn.
Pin nhiên liệu vi sinh đã tồn tại hơn 100 năm. Chúng hoạt động hơi giống một cục pin, với cực dương, cực âm và chất điện phân – nhưng thay vì lấy điện từ các nguồn hóa học, chúng hoạt động với vi khuẩn cung cấp điện một cách tự nhiên cho các dây dẫn gần đó khi chúng ăn vào đất.
Vấn đề cho đến nay là cung cấp nước và oxy cho chúng trong khi bị chôn vùi trong đất. Cựu sinh viên UNW và trưởng dự án Bill Yen cho biết: “Mặc dù pin nhiên liệu vi sinh vật đã tồn tại như một khái niệm trong hơn một thế kỷ, nhưng hiệu suất không đáng tin cậy và công suất đầu ra thấp đã cản trở nỗ lực sử dụng chúng trong thực tế, đặc biệt là trong điều kiện độ ẩm thấp”.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu tạo ra một số thiết kế mới nhằm cung cấp cho các tế bào khả năng tiếp cận liên tục với oxy, nước và đã thành công với thiết kế có hình dạng giống như một hộp mực đặt thẳng đứng trên một đĩa nằm ngang. Cực dương bằng nỉ carbon hình đĩa nằm ngang ở đáy thiết bị, chôn sâu trong đất nơi nó có thể thu giữ các electron khi vi khuẩn tiêu hóa chất bẩn.
Pin nhiên liệu vi sinh vật được chôn trong đất và tạo ra năng lượng.
Trong khi đó, cực âm kim loại dẫn điện nằm thẳng đứng trên đỉnh cực dương. Do đó, phần dưới cùng nằm đủ sâu để có thể tiếp cận hơi ẩm từ lớp đất sâu, trong khi phần trên nằm ngang với bề mặt. Một khe hở không khí trong lành chạy dọc theo chiều dài điện cực, một nắp bảo vệ phía trên ngăn bụi bẩn, mảnh vụn rơi vào và cắt đứt khả năng tiếp cận oxy của cực âm. Một phần của cực âm cũng được phủ lớp vật liệu chống thấm để khi bị ngập nước, vẫn còn một phần kỵ nước của cực âm tiếp xúc với oxy để duy trì hoạt động của pin nhiên liệu.
Trong thử nghiệm, thiết kế này hoạt động ổn định ở các mức độ ẩm khác nhau của đất, từ hoàn toàn ở dưới nước đến “hơi khô” với chỉ 41% nước theo thể tích trong đất. Trung bình nó tạo ra lượng điện năng gấp 68 lần mức cần thiết để vận hành các hệ thống phát hiện cảm ứng và độ ẩm trên tàu, đồng thời truyền dữ liệu qua một ăng-ten nhỏ đến trạm gốc gần đó.
Theo trưởng dự án Bill Yen: “Với hàng nghìn tỷ loại pin như hiện nay, chúng ta không thể chế tạo từng thiết bị bằng lithium, kim loại nặng và chất độc nguy hiểm cho môi trường. Chúng ta cần tìm giải pháp thay thế cung cấp lượng năng lượng thấp cho mạng lưới thiết bị phi tập trung. Để tìm kiếm giải pháp, chúng tôi đã xem xét các pin nhiên liệu vi sinh vật trong đất, sử dụng vi khuẩn đặc biệt để phân hủy đất và sử dụng lượng năng lượng thấp đó để cung cấp năng lượng cho các cảm biến. Miễn là có carbon hữu cơ trong đất để vi khuẩn phân hủy, pin nhiên liệu có thể tồn tại mãi mãi”.
Do đó, cảm biến như thế này có thể rất hữu ích cho những người nông dân muốn theo dõi các yếu tố khác nhau của đất như độ ẩm, chất dinh dưỡng, chất gây ô nhiễm,… và áp dụng phương pháp tiếp cận nông nghiệp chính xác dựa trên công nghệ.
Theo nhóm nghiên cứu, có lẽ phần thú vị nhất ở đây là tất cả thành phần của thiết kế đều có thể được mua sẵn tại một cửa hàng đồ kim khí. Vì vậy, không có vấn đề gì về chuỗi cung ứng hoặc nguyên liệu giữa nghiên cứu này và thương mại hóa rộng rãi.
Hà My
https://vietq.vn/phat-trien-pin-nhien-lieu-vi-sinh-lay-nang-luong-hoan-toan-bang-dat-s18-d218137.html
