Kasdienis atliekų produktas – vištų plunksnos – netrukus gali tapti netikėtu švarios energijos šaltiniu. Mokslininkai iš ETH Ciuricho ir Nanyang technologijos universiteto Singapūre (NTU) atrado, kaip šias plunksnas paversti medžiaga, galinčia gaminti elektros energiją vandenilio kuro elementuose. Tai vienas įdomiausių pastarųjų metų žingsnių tvarios energetikos srityje – technologija, galinti ne tik sumažinti atliekų kiekį, bet ir pakeisti kenksmingus sintetinius komponentus švariais biologiniais pakaitalais.
Plunksnos vietoj plastiko: proveržis iš atliekų
Pasaulinė paukštininkystės pramonė kasmet sukuria apie 40 milijonų tonų plunksnų atliekų. Dauguma jų sudeginamos, išskiriant anglies dioksidą ir toksiškas dujas, tokias kaip sieros dioksidas. Tyrėjų tikslas buvo šį taršų procesą paversti tvariu – ne sunaikinti žaliavą, o ją panaudoti energijai gaminti.
Pagrindinis komponentas, įgalinantis šią idėją, yra keratinas – struktūrinis baltymas, sudarantis plunksnų pagrindą. Terminio ir cheminio apdorojimo metu mokslininkai keratiną pavertė amiloidinėmis fibrilėmis, kurios suformuoja itin ploną sluoksnį laidų protonams. Šis sluoksnis veikia kaip membrana vandenilio kuro elementuose, leidžianti protonams judėti ir gaminti elektrą.
Tokios membranos iki šiol buvo gaminamos iš fluorintų junginių (PFAS) – vadinamųjų „amžinųjų cheminių medžiagų“, kurios yra toksiškos, nesuyra ir teršia aplinką. Naujasis keratino pagrindo sprendimas šią problemą eliminuoja – jis yra biologiškai skaidus, netoksiškas ir visiškai atsinaujinantis.
ETH Ciuricho profesorius Raffaele Mezzenga pabrėžia, kad šis atradimas uždaro užterštą ciklą:
„Mes paimame medžiagą, kuri deginant išskiria CO₂ ir toksiškas dujas, ir paverčiame ją naudinga, švaria energijos gamybos priemone. Tokiu būdu ne tik pakeičiame toksiškas medžiagas, bet ir mažiname bendrą anglies pėdsaką“, – aiškina Mezzenga.
Maža kaina, didelė nauda
Laboratoriniai bandymai parodė, kad plunksnų membrana pasižymi 6,3 milisemenso centimetre protonų laidumu – pakankamu, kad būtų galima naudoti kuro elementuose, vandens skaidymo įrenginiuose ar net naujo tipo protonų tranzistoriuose.
Nors šiuo metu galia (apie 25 milivatus kvadratiniame centimetre) dar atsilieka nuo komercinių sistemų, jos kaina ir ekologinis pranašumas yra didžiulis. Keratino membraną gaminti tris kartus pigiau nei įprastas fluoropolimerų membranas, tokias kaip Nafionas. Be to, žaliava – vištų plunksnos – yra praktiškai neribota ir lengvai prieinama visame pasaulyje.
Nuo elektrolizės iki tranzistorių
Keratino membranos pritaikymas neapsiriboja vien kuro elementais. Tyrėjai įrodė, kad ji tinka ir vandens elektrolizei – procesui, kuriame vanduo skaidomas į vandenilį ir deguonį. Tai gali tapti raktu į pigesnę, švaresnę vandenilio gamybą, kuri laikoma viena iš pagrindinių žaliosios energetikos krypčių.
Dar įdomesnė kryptis – protonų lauko tranzistoriai, galintys būti naudojami bioelektronikoje ir energijos kaupimo sistemose. Keratino membrana pasižymi protonų laidumu be papildomų rūgščių ar druskų, todėl ją galima naudoti net gyvuose biologiniuose audiniuose – tai visiškai naujas žingsnis biotechnologijų srityje.
Tvarios energijos ateitis – iš gamtos atliekų
Šiuo metu komanda jau pateikė patento paraišką ir ieško pramonės partnerių, kurie galėtų padėti technologiją pritaikyti pramoniniu mastu. Iki komercinio įgyvendinimo dar reikia patikrinti membranos ilgaamžiškumą, cheminį stabilumą ir efektyvumą realiomis sąlygomis, tačiau pirmieji rezultatai leidžia tikėtis didelio proveržio.
Jei ši technologija bus sėkmingai pritaikyta, tai gali tapti dviguba pergale:
- išspręsti didžiulės paukštininkystės atliekų problemą;
- pakeisti toksiškas, aplinkai pavojingas medžiagas švariomis, biologiškai suyrančiomis alternatyvomis.
Kitaip tariant, tai – žiedinės ekonomikos principo pavyzdys, kai atliekos virsta energijos šaltiniu.
Švarios energijos ateitis, panašu, gali būti… pūkų lengvumo. Jei anksčiau vištų plunksnos buvo deginamos ar šalinamos kaip bevertės, dabar jos gali tapti raktu į pasaulio energetikos dekarbonizaciją – nuo ūkio kiemo iki laboratorijos, o galiausiai ir iki elektros tinklo.
Šaltinis: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c10218
