Куриные перья помогают генерировать чистую энергию
Ученые предложили использовать отходы для создания кератиновых мембран для топливных элементов
Пищевая промышленность производит огромное количество отходов и побочных продуктов, в том числе при птицеводстве. Ежегодно сжигается около 40 миллионов тонн куриных перьев, что приводит не только к значительным выбросам CO2, но и к выделению токсичных газов, таких как диоксид серы.
Ученые из ETH Zurich и Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU), опубликовавшие результаты своего исследования в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, обнаружили новое применение этим перьям. С помощью простого и экологически чистого процесса они извлекают белок кератин из перьев и преобразуют его в ультратонкие волокна, известные как амилоидные фибриллы. Эти кератиновые фибриллы впоследствии используются в мембране топливного элемента.
Топливные элементы вырабатывают электроэнергию без выделения CO2, используя водород и кислород, производя только тепло и воду. В их основе лежит полупроницаемая мембрана, которая пропускает протоны, но блокирует электроны, заставляя их проходить по внешней цепи от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду, тем самым генерируя электрический ток.
В обычных топливных элементах эти мембраны традиционно изготавливались с использованием высокотоксичных или «вечных» химических веществ, которые являются дорогостоящими и с трудом разлагаются в окружающей среде. Напротив, мембрана, разработанная исследователями ETH и NTU, в основном состоит из биоразлагаемого кератина, который является экологически чистым и может создаваться в больших количествах, поскольку 90% куриных перьев состоят из кератина. Это означает, что мембрана лабораторного производства уже в три раза дешевле обычных.
— Я посвятил несколько лет исследованию различных методов утилизации пищевых отходов в системах возобновляемой энергетики, — отметил профессор кафедры пищевых материалов и мягких материалов в ETH Zurich Раффаэле Меззенга. — Наша последняя разработка замыкает цикл: мы берем вещество, которое при сжигании выделяет CO2 и токсичные газы, и используем его в различных условиях. Наша новая технология не только заменяет токсичные материалы, но и предотвращает выбросы CO2, сокращая общий углеродный цикл.
Однако, прежде чем водород сможет стать устойчивым источником энергии, необходимо преодолеть ряд проблем.
— Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но, к сожалению, его нет на Земле, — говорит Меззенга.
Поскольку водород не встречается в чистом виде, его необходимо производить, что требует значительного количества энергии. Именно новая мембрана может оказаться ценной в будущем, поскольку ее можно использовать не только в топливных элементах, но и для расщепления воды.
В процессе, известном как электролиз, через воду пропускают постоянный ток, в результате чего образуется кислород на положительно заряженном аноде и водород на отрицательно заряженном катоде. Чистая вода недостаточно электропроводна для этого процесса и часто требует добавления кислот. Однако новая кератиновая мембрана проницаема для протонов, что облегчает миграцию частиц между анодом и катодом, необходимую для эффективного расщепления воды даже в чистой воде. Следующим шагом для исследователей будет определение стабильности и долговечности их кератиновой мембраны и при необходимости ее улучшение.
Это инновационное использование куриных перьев в качестве экологически чистой альтернативы при производстве энергии может проложить путь к более устойчивому будущему, говорят ученые.
