20 اکتبر 2023 – توسط ونسا بلیچ، ETH زوریخ-چکیده گرافیکی اعتبار: ACS Applied Materials & Interfaces (2023). DOI:
صنایع غذایی مقادیر زیادی ضایعات و محصولات جانبی از جمله صنایع تولید طیور تولید می کند. هر ساله حدود 40 میلیون تن پر مرغ سوزانده می شود. این نه تنها مقدار زیادی CO2 آزاد می کند، بلکه گازهای سمی مانند دی اکسید گوگرد نیز تولید می کند.
محققان ETH زوریخ و دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU) اکنون راهی برای استفاده مناسب از این پرها یافته اند. آنها با استفاده از یک فرآیند ساده و سازگار با محیط زیست، پروتئین کراتین را از پرها استخراج می کنند و آن را به الیاف بسیار ظریف معروف به فیبریل های آمیلوئید تبدیل می کنند. این فیبرهای کراتین در غشای یک پیل سوختی استفاده می شوند. مطالعه آنها در ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شده است.
سلول های سوختی الکتریسیته بدون CO2 از هیدروژن و اکسیژن تولید می کنند و تنها گرما و آب آزاد می کنند. آنها می توانند نقش مهمی به عنوان یک منبع انرژی پایدار در آینده ایفا کنند. در قلب هر پیل سوختی یک غشای نیمه تراوا قرار دارد. این غشا اجازه می دهد تا پروتون ها از آن عبور کنند اما الکترون ها را مسدود می کند و آنها را مجبور می کند از طریق یک مدار خارجی از آند با بار منفی به کاتد با بار مثبت عبور کنند و در نتیجه جریان الکتریکی تولید می شود.
استفاده مناسب از پسماندهای صنعتی
در پیل های سوختی معمولی، این غشاها تاکنون با استفاده از مواد شیمیایی بسیار سمی یا “مواد شیمیایی برای همیشه” ساخته شده اند که گران هستند و در محیط زیست تجزیه نمی شوند. از سوی دیگر، غشایی که توسط محققان ETH و NTU ساخته شده است، عمدتاً از کراتین بیولوژیکی تشکیل شده است که با محیط زیست سازگار است و در مقادیر زیادی موجود است – 90٪ پرهای مرغ کراتین هستند. این بدان معناست که غشای تولید شده در آزمایشگاه تا سه برابر ارزان تر از غشاهای معمولی است.
Raffaele Mezzenga، پروفسور مواد غذایی و مواد نرم در ETH زوریخ می‌گوید: «من سال‌ها را به تحقیق در مورد روش‌های مختلفی اختصاص داده‌ام که بتوانیم از ضایعات مواد غذایی برای سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده کنیم. آخرین توسعه ما یک چرخه را می بندد: ما در حال مصرف ماده ای هستیم که هنگام سوزاندن CO2 و گازهای سمی آزاد می کند و از آن در شرایط متفاوتی استفاده می کنیم: با فناوری جدید ما نه تنها مواد سمی را جایگزین می کنیم، بلکه از انتشار CO2 و کاهش آن نیز جلوگیری می کنیم.
برنامه همه کاره
با این حال، قبل از اینکه هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی پایدار شناخته شود، باید بر چالش های بیشتری غلبه کرد. مززنگا می‌گوید: «هیدروژن فراوان‌ترین عنصر در کیهان است که متأسفانه در زمین نیست. از آنجایی که هیدروژن به شکل خالص خود در اینجا وجود ندارد، باید تولید شود که به انرژی زیادی نیاز دارد. در اینجا نیز غشای جدید می تواند در آینده به خوبی عمل کند، زیرا می تواند نه تنها در سلول های سوختی بلکه در تجزیه آب نیز استفاده شود.
در فرآیندی به نام الکترولیز، جریان مستقیم از آب عبور می‌کند و باعث می‌شود که اکسیژن در آند با بار مثبت (این بار) تشکیل شود، در حالی که هیدروژن در کاتد با بار منفی فرار می‌کند.
آب خالص برای این فرآیند به اندازه کافی رسانا نیست و اغلب نیاز به افزودن اسید دارد. با این حال، غشای جدید به پروتون‌ها نفوذپذیر است و بنابراین حرکت ذرات بین آند و کاتد لازم برای تقسیم آب کارآمد، حتی در آب خالص را ممکن می‌سازد. گام بعدی محققان بررسی پایداری و دوام غشای کراتینه آنها و در صورت لزوم بهبود آن خواهد بود.
