У пошуках сталої та екологічно чистої енергії вчені постійно шукають інноваційні підходи, і останні дослідження пропонують дивовижне рішення: виробництво чистої електроенергії з курячого пір’я. Спільна робота дослідників з ETH Zurich та Nanyang Technological University Singapore (NTU) призвела до розробки мембрани для водневих паливних елементів, виготовленої з викинутого курячого пір’я – поширеного відходу світової птахівничої промисловості. Це досягнення, описане у дослідженні, опублікованому у вересні 2023 року в журналі ACS Applied Materials & Interfaces, є потенційним проривом у сфері зелених енергетичних технологій, пише T4.
Ключовим компонентом нових мембран є кератин, структурний білок, що становить основну частину пір’я. За допомогою теплової та хімічної обробки кератин екстрагується та переробляється на амілоїдні фібрили, які потім формуються у тонкий протонопровідний шар. Цей шар є основою водневого паливного елемента, виконуючи функцію, яка традиційно покладалася на звичайні мембрани, виготовлені з токсичних, небіорозкладних фторованих сполук, відомих як PFAS або “вічні хімікати”. Такі речовини, як Nafion, які широко використовуються в комерційних паливних елементах, становлять серйозну загрозу для навколишнього середовища та здоров’я, оскільки не розкладаються і пов’язані з різними захворюваннями. На противагу цьому, кератинові мембрани є біосумісними, нетоксичними та екологічно розкладними, що відповідає зростаючому попиту на безпечніші матеріали у системах чистої енергії.
Цей інноваційний процес не лише пропонує масштабовану та недорогу альтернативу, але й приносить значні екологічні переваги. За оцінками, щорічно у світовому птахівництві виробляється близько 40 мільйонів метричних тонн пір’яних відходів, більшість з яких спалюється. Цей процес спалювання виділяє вуглекислий газ та токсичні гази, такі як діоксид сірки, що сприяє забрудненню повітря та викидам парникових газів. Раффаеле Мецценга, професор харчових продуктів та м’яких матеріалів у ETH Zurich, зазначив, що
“Наша остання розробка замикає цикл: ми беремо речовину, яка виділяє CO₂ та токсичні гази під час спалювання, та використовуємо її в інших умовах: завдяки нашій новій технології вона не лише замінює токсичні речовини, але й запобігає виділенню CO₂, зменшуючи загальний цикл вуглецевого сліду”, – зазначив Раффаеле Мецценга, професор харчових продуктів та м’яких матеріалів у ETH Zurich.
У лабораторних випробуваннях прототип мембрани з пір’я продемонстрував протонну провідність 6,3 мілісіменса на сантиметр, що є достатнім показником для використання в паливних елементах, пристроях для розщеплення води та навіть протонних транзисторах. Хоча пікова щільність потужності в 25 міліват на квадратний сантиметр, досягнута під час випробувань у водневому паливному елементі, що працює на водні та навколишньому повітрі, є скромною порівняно з комерційними системами, дослідники наголошують на інших ключових перевагах: низькій вартості, доступності сировини (куряче пір’я на 90% складається з кератину) та біорозкладності. За їхніми даними, виробництво кератинової мембрани вже втричі дешевше, ніж аналогів на основі фторполімерів.
Окрім паливних елементів, кератинові мембрани вже продемонстрували свою придатність для електролізу (розщеплення води на водень і кисень) та у протонних польових транзисторах. Здатність мембрани підтримувати перенос протонів без додавання кислот або солей робить її придатною для електрохімічних застосувань наступного покоління. Команда вже подала патентну заявку та активно шукає промислових партнерів для масштабування та комерціалізації технології. Хоча для виходу на ринок ще потрібно довести довговічність, хімічну стабільність та довгострокову роботу в реальних умовах, попередні результати переконливо свідчать, що те, що колись вважалося простими відходами, незабаром може стати важливою складовою інструментарію чистої енергії, сприяючи декарбонізації глобальних енергетичних систем.
Цікаво знати: Чому гробницю фараона Тутанхамона довгий час вважали проклятою
Підписуйся на наш Telegram-канал