Генерирование чистого электричества с куриными перьями

Графическая абстракция.Кредит: ACS Applied Materials & Interfaces (2023).Doi: 10.1021/acsami.3c10218

Пищевая промышленность генерирует огромное количество отходов и побочных продуктов, в том числе из производства птицы.Каждый год около 40 миллионов метрических тонн куриных перьев сжигаются.Это не только выделяет большое количество CO2, но также производит токсичные газы, такие как диоксид серы.

Исследователи в Eth Zurich и Nanyang Technological University Singapore (NTU) теперь нашли способ использовать эти перья для хорошего использования.Используя простой и экологически чистый процесс, они извлекают белок кератин из перьев и превращают его в ультралекие волокна, известные как амилоидные фибриллы.Эти кератиновые фибриллы продолжаются в мембране топливного элемента.Их исследование было опубликовано в ACS Applied Materials & Interfaces.

Топливные элементы генерируют без CO2 электричество от водорода и кислорода, высвобождая только тепло и воду.Они могут сыграть важную роль в качестве источника устойчивого энергии в будущем.В основе каждого топливного элемента лежит полупроницаемая мембрана.Это позволяет протонам проходить, но блокирует электроны, заставляя их проходить через внешнюю цепь от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду, создавая тем самым электрический ток.

В обычных топливных элементах эти мембраны до сих пор были сделаны с использованием высокотоксичных химических веществ или «вечных химических веществ», которые являются дорогими и не разрушаются в окружающей среде.Мембрана, разработанная исследователями ETH и NTU, с другой стороны, состоит в основном из биологического кератина, который является экологически совместимым и доступным в больших количествах - перья, на 90% кератин.Это означает, что мембрана, изготовленная в лаборатории, уже в три раза дешевле, чем обычные мембраны.

«Я посвятил несколько лет изучению различных способов использования пищевых отходов для систем возобновляемых источников энергии», - говорит Раффаэле Меззенга, профессор продуктов питания и мягких материалов в Цюрихе.«Наша последняя разработка закрывает цикл: мы берем вещество, которое высвобождает CO2 и токсичные газы при сжигании и использовал его в другой обстановке: с нашей новой технологией она не только заменяет токсичные вещества, но и предотвращает высвобождение CO2, уменьшаетсяОбщий цикл углеродного следа », - говорит Меззенга.

Тем не менее, существуют дополнительные проблемы, которые необходимо преодолеть, прежде чем водород может быть установлен в качестве устойчивого источника энергии.«Водород - самый распространенный элемент во вселенной - просто, к сожалению, не на земле», - говорит Меззенга.Поскольку водород не встречается здесь в чистой форме, он должен быть произведен, что требует большой энергии.Здесь также новая мембрана может хорошо служить в будущем, потому что ее можно использовать не только в топливных элементах, но и в расщеплении воды.

В процессе, известном как электролиз, постоянный ток пропускается через воду, в результате чего кислород образуется в (на этот раз) положительно заряженного анода, в то время как водород сбегает на отрицательно заряженном катоде.

Чистая вода не достаточно проводящая для этого процесса и часто требует добавления кислот.Новая мембрана, однако, проницаема для протонов и, таким образом, позволяет миграции частиц между анодом и катодом, необходимым для эффективного расщепления воды, даже в чистой воде.Следующим шагом исследователей будет выяснить, насколько стабильна и долговечна их мембрана кератина, и улучшить ее, если это необходимо.

Больше информации: Вей Лонг Скоро и др., Возобновляемая энергия из валоризации отходов скота: топливные элементы перья кератина на основе амилоида, ACS Applied Materials & Applied Materials & Actriefaces (2023).Doi: 10.1021/acsami.3c10218