Phát triển những công nghệ mới phục vụ cho đời sống con người luôn là nhiệm vụ hàng đầu của khoa học. Sau những phát minh thiết yếu dần đem lại cuộc sống tiện nghi cho con người. Ngày nay, khoa học tập trung vào những công nghệ tân tiến hơn. Các công nghệ này ra đời giải quyết được một số vấn đề mà trước đây chưa thể. Hoặc chúng cải tiến hơn so với những cái cũ, đem lại sự tiện ích hơn.
Trong vô số những phát minh công nghệ tối ưu, không thể không kể đến pin. Pin được cho là nguồn cung cấp điện năng gọn nhẹ, dễ sử dụng. Cho đến nay, cuộc sống nếu như thiếu pin thì thật sự sẽ trở nên khó khăn. Mới đây, các nhà khoa học của Nga đã tìm ra một phương pháp tạo ra pin, bằng các vi sinh vật . Phương pháp này vừa tối ưu hơn, vừa giúp bảo vệ mội trường hơn.
Công nghệ pin nhiên liệu vi sinh
Các nhà khoa học của Nga đang phát triển công nghệ pin nhiên liệu vi sinh (MFCs) mới. Công nghệ này có thể giúp sản xuất điện thông qua quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ. Đáng chú ý là quá trình này thực hiện bởi các vi sinh vật đặc biệt.
Tạp chí Energies đã công bố kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc Đại học Công nghệ Hóa học D. Mendeleev của Nga.
Gần đây, khả năng của các thiết bị này đã tăng lên đáng kể. Các nhà khoa học coi việc kết hợp giữa nó với các hệ thống xử lý nước thải là một nguồn năng lượng xanh đầy hứa hẹn.
Trên thực tế, một số vi sinh vật có khả năng kiếm ăn trong môi trường không có ôxy. Chúng sẽ ôxy hóa các chất hữu cơ để sống. Đồng thời giải phóng electron ra môi trường bên ngoài.
Thật ra các nhà khoa học đã cố gắng sử dụng những vi sinh vật như vậy vào đầu thế kỷ XX. Họ dùng chúng để sản xuất điện. Nhưng cho đến gần đây, sức mạnh của MFCs vẫn chưa đáng kể. Pin vi sinh có thể chạy trên nhiều loại chất hữu cơ, bao gồm nước thải hoặc chất thải công nghiệp.
Các nhà khoa học giải thích việc tìm ra cấu hình MFCs tối ưu không phải là dễ dàng. Điều này đòi hỏi mô hình toán học có tính đến vật liệu điện cực. Cùng với nồng độ cơ chất hữu cơ và tốc độ nạp liệu, độ pH của môi trường, hình dạng hệ thống . Ngoài ra còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác.
Đánh giá mức độ khả thi của mô hình
“Chúng tôi đã phát triển một mô hình MFCs toàn diện vượt qua các chất tương tự một cách chi tiết. Trong đó đã tính toán đồng thời sự phát triển của quần thể vi sinh vật, tốc độ tiêu thụ và hình thành chất hữu cơ dễ ôxy hóa, sự di chuyển điện của proton giữa các điện cực, sự khuếch tán của các thành phần hữu cơ động học của phản ứng điện hóa.
Sử dụng mô hình này, chúng tôi đã tính toán các quy luật cơ bản mới của hệ thống và tối ưu hóa một trong những đặc điểm quan trọng – nồng độ của chất hữu cơ”, phó giáo sư Violetta Vasilenko từ Đại học Công nghệ Hóa học D. Mendeleev của Nga cho biết.
Chất nền trong pin được làm từ một dung dịch glucose hòa với muối. Nguồn vi sinh vật là bùn hoạt tính được sử dụng để xử lý nước thải.
Các thông số được nhúng trong mô hình dựa trên kết quả thí nghiệmđược các nhà khoa học tinh chỉnh. Sau đó ,họ sử dụng để tính toán nồng độ tối ưu của glucose trong dung dịch dinh dưỡng. Tương tự, các thông số MFCs quan trọng khác cũng được tối ưu hóa.
Anatoly Antipov là nhà nghiên cứu hàng đầu tại Khoa Hóa học tại Đại học Tổng hợp Lomonosov Moscow. Ông cho rằng nhu cầu về các loại máy phát điện sử dụng nguyên liệu hữu cơ tái tạo đang tăng lên. Đặc biệt là trong bối cảnh mức tiêu thụ điện tăng đều đặn.
Thách thức phải đối mặt
“Hoạt động của MFCs được xác định bởi một tập hợp các yếu tố phức tạp. Từ sự phát triển của môi trường vi khuẩn đến động học của các phản ứng điện cực diễn ra. Do đó, việc tối ưu hóa thử nghiệm của MFCs thường trở thành một nhiệm vụ cực kỳ lớn. Mô hình được tạo ra bởi các đồng nghiệp từ MUCTR giúp lựa chọn các thông số chính dựa trên các dự báo toán học, do đó giảm đáng kể khối lượng thí nghiệm”, Anatoly Antipov cho biết.
Các nhà khoa học của MUCTR có kế hoạch sử dụng mô hình mới trong tương lai. Họ sẽ dùng nó để phát triển một hệ thống hybrid xử lý nước thải với phát điện đồng bộ.
Nguồn: khoahoc.tv
Công nghệ xử lý này sẽ là bước tiến mới trong việc tái tạo năng lượng, cùng chờ đón xem bạn nhé !
