Ученые выяснили, как миллионы тонн отходов птицеводства, побочного продукта сельского хозяйства, можно превратить в чистые, экологически чистые водородные топливные элементы
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей международной группы исследователей из Швейцарии и Сингапура, опубликованной American Chemical Society, в которой рассказывается о том, как из куриных перьев был выделен кератин быстрым и экономичным процессом, преобразован в амилоидные фибриллы посредством термической обработки и далее переработан в мембраны для топливных элементов.
В прогнозируемом увеличении глобального спроса на энергию аналитики отмечают рост примерно на 50% в течение одного поколения, что требует перехода от материалов, полученных из ископаемого топлива, к более экологически чистым материалам и более устойчивым производственным процессам.
Промышленные побочные продукты биологического происхождения, такие как побочные потоки пищевой промышленности, являются привлекательными альтернативами из-за их большого объема, низкой стоимости, возобновляемости, биоразлагаемости и собственных свойств материала.
С учетом того, что куриное перо на 91% состоит из кератина, группа исследователей, которую возглавляет Раффаэле Меззенга, ученый-материаловед из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, нашла способ повторно использовать этот побочный продукт сельского хозяйства для производства возобновляемой энергии.
Мировая птицеводческая отрасль ежегодно она производит 6 миллиардов тонн куриных перьев, большая часть которых выбрасывается или частично перерабатывается для подкормки сельхозживотным. Проблема не только в отходах, но и в их последствиях: ежегодно сжигается около 40 миллионов тонн этих перьев, при этом выделяются диоксид серы и углекислый газ.
Между тем, кератин на самом деле является невероятно полезным ингредиентом во многих отраслях, от медицины до упаковки. Но команда ученых поставила перед собой другую цель – произвести зеленую энергию, сосредоточившись на важнейшем компоненте водородных топливных элементов.
Водородные топливные элементы генерируют электричество путем объединения водорода с атомами кислорода и производят чистую электрохимическую реакцию вместо сгорания. Ключом к этому процессу является полупроницаемая мембрана клетки, через которую протоны могут перемещаться, вызывая необходимую химическую реакцию.
«Однако обычные мембраны топливных элементов состоят из высокотоксичных полимеров, которые не поддаются разложению и сохраняются в окружающей среде», — говорит ведущий автор статьи Раффаэле Меззенга, ученый-материаловед из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.
В альтернативной перьевой мембране, протестированной в лабораторных условиях, нитевидные нити белковых молекул, смешанные с другими ингредиентами для повышения их электропроводности, показали невероятную устойчивость в таких условиях, как высокие температуры коммерческого водородного топливного элемента. Когда исследователи протестировали его, топливный элемент смог преобразовывать водород и кислород в электричество, доказательством чего является тот факт, что он питал две светодиодные лампы, вентилятор и игрушечную машинку. Помимо электричества, единственным побочным продуктом топливного элемента была вода.
Меззенга говорит, что он воодушевлен «явной демонстрацией того, что перьевых отходы, которые в настоящее время сжигаются или, в лучшем случае, служат подкормкой для животных, могут быть преобразованы в мембраны для производства чистой электрической энергии».
Более того, выяснилось, что энергия, создаваемая перьевой мембраной, не только сравнима с энергией традиционных топливных элементов, но и обходится вдвое дешевле, причем без обычного воздействия на окружающую среду. Эта альтернатива сжиганию отходов без выбросов может помочь снизить значительное воздействие выбросов в сельском хозяйстве, одновременно способствуя переходу на чистую энергию.
Сейчас Меззенга и его команда с энтузиазмом сосредоточены на том, чтобы сделать свою мембранную технологию массовой. «Мы планируем превратить эту лабораторную проверку концепции в прибыльную технологию, способную производить чистую энергию, сохраняя при этом окружающую среду. Убеждены, что это можно сделать в промышленном масштабе», — заключают исследователи.
