Екологична горивна клетка с кератин от пилешки пера

Горивните клетки ще станат по-екологични и по-евтини с помощта на мембрани, изработени от кератин от пилешки пера. Това е идеята на научноизследователския екип от Швейцарския федерален технически институт (ETH), Цюрих и Сингапурския технологичен университет. Той вече е подал заявка за патент за разработката.

Хранително-вкусовата промишленост, както и птицевъдството, генерира огромни количества отпадъци и странични продукти. Така например всяка година се изгарят около 40 милиона тона пилешки пера. При това се отделят не само големи количества CO₂, но и токсични газове като серен диоксид.

Екип от ETH Цюрих и Сингапурския технологичен университет (NTU) вече е намерил начин да използва тези пера по добър начин: с помощта на прост и щадящ околната среда процес те извличат протеина кератин от перата и го превръщат в най-фините влакна, т.нар. амилоидни влакна. Тези кератинови влакна в крайна сметка се използват в мембраната на горивната клетка.

Горивните клетки произвеждат електричество от водород и кислород без CO₂, като отделят само топлина и вода. Както се казва в съобщението за медиите на ETH, те биха могли да играят важна роля като устойчив източник на енергия в бъдеще. В основата на всяка горивна клетка е полупропусклива мембрана. Тя позволява преминаването на протони, но блокира електроните, като ги принуждава да преминават през външна верига от отрицателно заредения анод към положително заредения катод, който генерира електричество.

Конвенционални горивни клетки с мембрани, изработени от „вечни химикали“

Досега за такива мембрани в конвенционалните горивни клетки се използваха силно токсични химикали – или „вечни химикали“. Те са скъпи и най-вече не се разграждат в околната среда. От друга страна, мембраната, разработена от експертите на ETH и NTU, се състои основно от биологичен кератин, който е екологично чист и наличен в големи количества – пилешките пера се състоят от 90% кератин. Според ETH това прави производството на подобна мембрана в лабораторията до три пъти по-евтино, отколкото производството на конвенционална мембрана.

„От няколко години интензивно проучвам различни начини за използване на хранителни отпадъци в системи за възобновяема енергия“, казва Рафаеле Меценга, професор в ETH Цюрих. „С последната ни разработка затваряме кръга: Същият материал, който при изгаряне отделя CO₂ и токсични газове, замества на новото си местонахождение токсичните вещества и предотвратява отделянето на CO₂, като по този начин подобрява баланса на въглеродните емисии.“

Утвърждаването на водорода като устойчив енергиен източник е свързано с предизвикателства

За да се утвърди водородът като устойчив източник на енергия обаче, трябва да се преодолеят още предизвикателства. „Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената, но за съжаление не и на Земята“, казва Меценга. Тъй като водородът не се среща тук в чист вид, той трябва да се произвежда с голям разход на енергия. И тук новата мембрана може да бъде полезна в бъдеще, както пише ETH. Тя може да се използва не само в горивни клетки, но и при разделянето на водата.

При т.нар. електролиза през водата се пропуска постоянен ток, при което на анода, който този път е положително зареден, се отделя кислород, а на отрицателно заредения катод – водород. Чистата вода не е достатъчно проводима за този процес и често се налага добавянето на киселини. Новата мембрана обаче е пропусклива за протони и по този начин позволява миграцията на частиците между анода и катода, необходима за разделянето на водата, дори в чиста вода.

На следващ етап изследователският екип иска да проучи колко стабилна и издръжлива е кератиновата мембрана и ако е необходимо, да я подобри. Освен това те вече съвместно са подали заявка за патент за мембраната и сега търсят инвеститори или компании, които да доразвият технологията и да я пуснат на пазара.

Снимки: Eletaen и Pixabay