Η βιομηχανία τροφίμων συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής πουλερικών παράγει τεράστιες ποσότητες απορριμμάτων και υποπροϊόντων. Κάθε χρόνο, περίπου 40 εκατομμύρια τόνοι φτερών από κοτόπουλα αποτεφρώνονται απελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες CO2 και τοξικών αερίων όπως διοξείδιο του θείου.
Ερευνητές στο Ομοσπονδιακό Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Ζυρίχης (ETH) και στο Πολυτεχνείο Nanyang της Σιγκαπούρης (NTU) βρήκαν τώρα έναν τρόπο να αξιοποιήσουν αυτά τα φτερά.
Χρησιμοποιώντας μια απλή και φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία εξάγουν την πρωτεΐνη κερατίνη από τα φτερά και τη μετατρέπουν σε εξαιρετικά λεπτές ίνες γνωστές ως αμυλοειδή ινίδια.
Με αυτά τα ινίδια οι ερευνητές δημιούργησαν μια λεπτή μεμβράνη ικανή να μεταφέρει πρωτόνια, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας συστατικό των κυψελών καυσίμου.
Οι κυψέλες καυσίμου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς CO2 από υδρογόνο και οξυγόνο, απελευθερώνοντας μόνο θερμότητα και νερό και θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο ως βιώσιμη πηγή ενέργειας στο μέλλον.
Στην καρδιά κάθε κυψέλης καυσίμου βρίσκεται μια ημιπερατή μεμβράνη που επιτρέπει στα πρωτόνια να περάσουν αλλά μπλοκάρει τα ηλεκτρόνια, αναγκάζοντάς τα να ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος από την αρνητικά φορτισμένη άνοδο προς τη θετικά φορτισμένη κάθοδο, παράγοντας έτσι ηλεκτρικό ρεύμα.
Στις συμβατικές κυψέλες καυσίμου αυτές οι μεμβράνες κατασκευάζονται μέχρι στιγμής με τη χρήση εξαιρετικά τοξικών χημικών ουσιών-γνωστών και ως “forever chemicals”- οι οποίες είναι ακριβές και δεν διασπώνται στο περιβάλλον.
Η μεμβράνη που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές στο ETH και NTU αποτελείται κυρίως από βιολογική κερατίνη, η οποία είναι περιβαλλοντικά συμβατή και διαθέσιμη σε μεγάλες ποσότητες (τα φτερά πουλερικών αποτελούνται κατά 90% από κερατίνη).
Αυτό σημαίνει ότι η μεμβράνη που κατασκευάζεται στο εργαστήριο είναι ήδη έως και τρεις φορές φθηνότερη από τις συμβατικές μεμβράνες.
Οι ερευνητές λένε ότι χρειάζονται 100 γραμμάρια φτερών για να κατασκευαστεί 1 τετραγωνικό μέτρο μεμβράνης, η οποία είναι τόσο λεπτή όσο μια ανθρώπινη τρίχα.
«Η τελευταία μας εξέλιξη κλείνει έναν κύκλο. Παίρνουμε μια ουσία που απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα και τοξικά αέρια όταν καίγεται και την διαχειριζόμαστε σε διαφορετικό περιβάλλον.
Η νέα μας τεχνολογία, όχι μόνο αντικαθιστά τις τοξικές ουσίες αλλά αποτρέπει και την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα, μειώνοντας τον συνολικό κύκλο του αποτυπώματος άνθρακα», σχολιάζει ο Raffaele Mezzenga, καθηγητής τροφίμων και μαλακών υλικών στο ETH.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη μεμβράνη τους που βασίζεται σε φτερά σε μια εμπορική διάταξη κυψελών καυσίμου. Στις δοκιμές τους, η κυψέλη καυσίμου μπόρεσε να ανάψει μια λάμπα LED, να περιστρέψει έναν μικρό ανεμιστήρα και να τροφοδοτήσει ένα μικρό αυτοκίνητο-παιχνίδι.
Ωστόσο, υπάρχουν περαιτέρω προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν προτού το υδρογόνο καταστεί βιώσιμη πηγή ενέργειας.
«Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, αλλά δυστυχώς όχι στη Γη», προσθέτει ο Mezzenga.
Δεδομένου ότι το υδρογόνο δεν υπάρχει εδώ στην καθαρή του μορφή, πρέπει να παραχθεί, κάτι που απαιτεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Και εδώ, η νέα μεμβράνη θα μπορούσε να λειτουργήσει καλά στο μέλλον, επειδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο σε κυψέλες καυσίμου αλλά και στη διάσπαση του νερού.
Σε μια διαδικασία γνωστή ως ηλεκτρόλυση, το συνεχές ρεύμα διέρχεται μέσω του νερού, προκαλώντας τη δημιουργία οξυγόνου στη θετικά φορτισμένη (αυτή τη φορά) άνοδο, ενώ το υδρογόνο διαφεύγει στην αρνητικά φορτισμένη κάθοδο.
Το καθαρό νερό δεν είναι αρκετά αγώγιμο για αυτή τη διαδικασία και συχνά απαιτεί την προσθήκη οξέων.
Η νέα μεμβράνη, ωστόσο, είναι διαπερατή από τα πρωτόνια και έτσι επιτρέπει τη μετακίνηση σωματιδίων μεταξύ ανόδου και καθόδου που είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική διάσπαση του νερού.
Το επόμενο βήμα των επιστημόνων είναι να διερευνήσουν πόσο σταθερή και ανθεκτική είναι αυτή μεμβράνη από κερατίνη και να τη βελτιώσουν εάν είναι απαραίτητο.
Η ερευνητική ομάδα έχει ήδη καταθέσει ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μεμβράνη και τώρα αναζητά επενδυτές ή εταιρείες για να αναπτύξουν περαιτέρω την τεχνολογία και να τη βγάλουν στην αγορά.
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύθηκε τον περασμένο Σεπτέμβριο στο περιοδικό ACS Applied Materials & Interfaces. Πηγή: ΕΤΗ
