Diễn đàn vật lý kỹ thuậtThảo luận vật lý: Vật lý hiện đạiNguồn năng lượng mới: Sản xuất đi …

Please or Register to create posts and topics.

Nguồn năng lượng mới: Sản xuất điện từ vi khuẩn thực vật

#1 · 01/10/2021, 11:43

Quote from Duy Le on 01/10/2021, 11:43
Ngày 23 tháng 11, nhà nghiên cứu Marjolein Helder đã bảo vệ Luận án tiến sĩ nghiên cứu về sự phát điện từ thực vật tại Đại học Wageningen. Bà ta cũng thành lập công ty điện thực vật với đồng nghiệp David Strik.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật hút điện từ đất trong khi hệ thực vật vẫn phát triển tự nhiên. Thực vật sản xuất ra vật liệu hữu cơ thông qua quang hợp. Các rễ cây bài tiết đến 70% vật liệu này (không sử dụng) vào trong đất. Vi khuẩn quanh rễ phá vỡ các cặn bã hữu cơ, do đó tạo thành một nguồn điện mới. Quá trình phân rã tạo ra các electron. Marjolein Helder và các đồng nghiệp của bà đã đặt một điện cực gần với vi khuẩn hấp thụ những electron này và tạo ra điện.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật hiện nay có thể tạo ra 0,4 Watt trên mỗi mét vuông sinh trưởng của thực vật. Và chúng ta có thể tạo ra nhiều hơn bằng quá trình lên men sinh khối. Trong tương lai, điện sinh học từ thực vật có thể sản xuất nhiều như 3,2 Watt trên mỗi mét vuông sinh trưởng của thực vật. Điều này có nghĩa trên 100 m² sinh trưởng của thực vật sẽ đủ để cung cấp điện cho một hộ gia đình (với mức tiêu thụ trung bình là 2.800 kWh/năm). Nhiều loại thực vật khác nhau có thể được sử dụng, chẳng hạn như loại cỏ phổ biên cordgrass , và ở các nước nhiệt đới là gạo.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật có thể được sử dụng trên các quy mô khác nhau. Ban đầu trên mái bằng hoặc ở vùng sâu, vùng xa ở các nước đang phát triển và lớn hơn là ở khu vực của vùng đầm lầy. Nhà nghiên cứu Marjolein Helder nghĩ rằng mái nhà sản xuất năng lượng xanh sẽ trở thành hiện thực trong vòng một vài năm và sản xuất trên quy mô lớn hơn sau năm 2015. Mặc dù đây là công nghệ đầy hứa hẹn nhưng chưa được phát triển đầy đủ. Kỹ thuật cần được cải tiến và cần phải tìm ra cách để hạn chế số lượng vật liệu được sử dụng để làm điện cực. Đặt các điện cực ở vị trí tối ưu để tăng sản lượng điện và giảm hai phần ba vật liệu làm điện cực. Ở vùng sâu, vùng xa, công suất hiện tại của pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật đã khiến nó trở thành đối thủ đáng gờm của tấm pin mặt trời.

Nhà nghiên cứu Marjolein Helder không chỉ tập trung nghiên cứu các khía cạnh kỹ thuật của pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật, mà còn nghiên cứu làm thế nào để công nghệ trên có thể sớm áp dụng vào thực tiễn cuộc sống. Đây là một nguồn năng lượng tái tạo mới hoàn toàn khả thi về mặt kinh tế, sẽ hạn chế áp lực đối với môi trường và có khả năng được xã hội chấp nhận. Nó không gây ô nhiễm đường chân trời (như tua bin gió và tấm năng lượng mặt trời), không ảnh hưởng đến thiên nhiên (như đập nước, thủy điện) và không cạnh tranh với đất nông nghiệp trong cuộc tranh luận về thực phẩm và nhiên liệu sinh học.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật đã được phát hiện và cấp bằng sáng chế vào năm 2007 bởi Tập đoàn Công nghệ môi trường tại Đại học Wageningen. Bert Hamelers ấp ủ ý tưởng, và David Strik thực hiện thử nghiệm đầu tiên. Dự án EU PlantPower là dự án ở quy mô lớn đã bắt đầu được triển khai.

Ngày 23 tháng 11, nhà nghiên cứu Marjolein Helder đã bảo vệ Luận án tiến sĩ nghiên cứu về sự phát điện từ thực vật tại Đại học Wageningen. Bà ta cũng thành lập công ty điện thực vật với đồng nghiệp David Strik.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật hút điện từ đất trong khi hệ thực vật vẫn phát triển tự nhiên. Thực vật sản xuất ra vật liệu hữu cơ thông qua quang hợp. Các rễ cây bài tiết đến 70% vật liệu này (không sử dụng) vào trong đất. Vi khuẩn quanh rễ phá vỡ các cặn bã hữu cơ, do đó tạo thành một nguồn điện mới. Quá trình phân rã tạo ra các electron. Marjolein Helder và các đồng nghiệp của bà đã đặt một điện cực gần với vi khuẩn hấp thụ những electron này và tạo ra điện.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật hiện nay có thể tạo ra 0,4 Watt trên mỗi mét vuông sinh trưởng của thực vật. Và chúng ta có thể tạo ra nhiều hơn bằng quá trình lên men sinh khối. Trong tương lai, điện sinh học từ thực vật có thể sản xuất nhiều như 3,2 Watt trên mỗi mét vuông sinh trưởng của thực vật. Điều này có nghĩa trên 100 m² sinh trưởng của thực vật sẽ đủ để cung cấp điện cho một hộ gia đình (với mức tiêu thụ trung bình là 2.800 kWh/năm). Nhiều loại thực vật khác nhau có thể được sử dụng, chẳng hạn như loại cỏ phổ biên cordgrass , và ở các nước nhiệt đới là gạo.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật có thể được sử dụng trên các quy mô khác nhau. Ban đầu trên mái bằng hoặc ở vùng sâu, vùng xa ở các nước đang phát triển và lớn hơn là ở khu vực của vùng đầm lầy. Nhà nghiên cứu Marjolein Helder nghĩ rằng mái nhà sản xuất năng lượng xanh sẽ trở thành hiện thực trong vòng một vài năm và sản xuất trên quy mô lớn hơn sau năm 2015. Mặc dù đây là công nghệ đầy hứa hẹn nhưng chưa được phát triển đầy đủ. Kỹ thuật cần được cải tiến và cần phải tìm ra cách để hạn chế số lượng vật liệu được sử dụng để làm điện cực. Đặt các điện cực ở vị trí tối ưu để tăng sản lượng điện và giảm hai phần ba vật liệu làm điện cực. Ở vùng sâu, vùng xa, công suất hiện tại của pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật đã khiến nó trở thành đối thủ đáng gờm của tấm pin mặt trời.

Nhà nghiên cứu Marjolein Helder không chỉ tập trung nghiên cứu các khía cạnh kỹ thuật của pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật, mà còn nghiên cứu làm thế nào để công nghệ trên có thể sớm áp dụng vào thực tiễn cuộc sống. Đây là một nguồn năng lượng tái tạo mới hoàn toàn khả thi về mặt kinh tế, sẽ hạn chế áp lực đối với môi trường và có khả năng được xã hội chấp nhận. Nó không gây ô nhiễm đường chân trời (như tua bin gió và tấm năng lượng mặt trời), không ảnh hưởng đến thiên nhiên (như đập nước, thủy điện) và không cạnh tranh với đất nông nghiệp trong cuộc tranh luận về thực phẩm và nhiên liệu sinh học.

Pin nhiên liệu vi khuẩn thực vật đã được phát hiện và cấp bằng sáng chế vào năm 2007 bởi Tập đoàn Công nghệ môi trường tại Đại học Wageningen. Bert Hamelers ấp ủ ý tưởng, và David Strik thực hiện thử nghiệm đầu tiên. Dự án EU PlantPower là dự án ở quy mô lớn đã bắt đầu được triển khai.

Uploaded files:

#2 · 01/10/2021, 12:04

Quote from NGUYỄN PHƯỚC THẠNH on 01/10/2021, 12:04
Chủ đề của b làm mình nhớ đến thực vật tạo ra điện, mình xin được chia sẻ:

Tạo ra điện từ thực vật

Bên cạnh những phương thức sản xuất điện truyền thống, các nhà khoa học đã nghiên cứu để tạo ra điện năng một cách xanh và sạch từ các loại thực vật.

Một modult của công nghệ tường rêu phát điện.

Sản xuất điện từ rêu

Một nhóm các nhà nghiên cứu tới từ đại học Cambridge (Anh) đã công bố một loại tường rêu xanh, có khả năng tạo ra điện với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với những loại điện sinh học khác.

Các sinh viên của khoa IAAC cùng với nhà sinh vật học Paolo Bombelli đã đề xuất một hệ thống gồm các diện tường sử dụng năng lượng điện từ từ thực vật, mà cụ thể ở đây là rêu.

Sản phẩm bao gồm hàng loạt những modul gạch nung làm rỗng có chứa rêu, sử dụng công nghệ BPV (Biophotovoltaics - công nghệ mới trong sản xuất điện sinh học).

Hệ thống sinh ra điện nhờ một loại vi khuẩn sống cộng sinh với rêu. Khi rêu quang hợp, một số hợp chất hữu cơ được giải phóng thông qua bộ rễ của chúng xuống mặt đất. Vi khuẩn cộng sinh ăn những hợp chất hữu cơ đó và tiếp tục sản sinh ra những sản phẩm phụ, một trong số đó là các electron tự do.

Đất để trồng rêu được trộn hỗn hợp hydrogel và các sợi carbon. Đất hoạt động như một cực dương, thu hút các electron tự do, tương tác và tạo ra điện năng. Nguyên mẫu của công nghệ này có thể tạo ra 3 volt điện từ 16 modults, không nhiều nhưng cũng đủ cung cấp cho một số nhu cầu thiết yếu.

Điện từ bã mía

Mauritius (đảo quốc nhỏ bé ở châu Phi, thuộc phía Tây Nam Ấn Độ Dương) đã nghiên cứu và sản xuất điện từ một nguồn rất đặc biệt là bã mía.

Mía vốn là cây công nghiệp chủ lực ở Mauritius. Mỗi năm, nước này thu hoạch khoảng 900.000 tấn mía, làm nguyên liệu cho 4 nhà máy sản xuất đường, mật. Phần bã mía thải ra được tận dụng làm nhiên liệu sản xuất điện.

Thu hoạch mía.

Điện sản xuất từ bã mía ở Mauritius chiếm khoảng 14% tổng sản lượng điện của cả nước (khoảng 358,6 triệu kWh/năm). Nguyên liệu bã mía gồm 60% được cung cấp từ các nhà máy mía đường trong nước, còn lại 40% phải nhập khẩu.

Quá trình sản xuất điện từ bã mía không quá phức tạp. Sau khi được ép kiệt nước, bã mía được sấy khô và cho vào lò đốt, tạo thành nhiệt năng chạy tuabin phát điện. Tro, xỉ từ lò đốt có hàm lượng cacbon cao được tận dụng để sản xuất phân bón vi sinh, phục vụ nông nghiệp, cải tạo đất. Trong khi đó, khí carbon dioxide (CO2) phát sinh trong quá trình đốt bã mía được thu giữ lại, tạo thành gas sử dụng trong ngành chế biến các loại đồ uống có gas.

Những năm gần đây, Mauritius cũng rất chú trọng phát triển năng lượng tái tạo. Quốc đảo này đặt mục tiêu các nguồn tái tạo sẽ đóng góp 35% tổng sản lượng năng lượng toàn quốc vào năm 2035. Tuy nhiên, phát triển năng lượng tái tạo là quá trình lâu dài nên song song với phương thức đó, Mauritius vẫn ưu tiên sản xuất điện từ bã mía để hạn chế tối đa sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong ngành điện.

Điện từ mít, sầu riêng

Các nhà nghiên cứu trường Đại học Sydney (Australia) đang phát triển dự án làm điện năng từ mít và sầu riêng. Theo đó, những thành phần bỏ đi của của mít và sầu riêng sẽ được xử lý theo quy trình chôn lấp, ủ nóng bằng nước, ướp lạnh làm khô. Quá trình này có thể tạo ra những kho chứa điện năng.

Nhóm nghiên cứu cho biết, pin sản sinh từ hai loại quả này sẽ tồn tại lâu hơn và sạc nhanh hơn pin lithium-ion hiện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho điện thoại di động, máy tính bảng và xe điện.

Lượng điện này thân thiện với môi trường, không mùi, phục vụ hoạt động sạc nhanh cho các thiết bị điện, thay vì sẽ phải tiêu tốn một khoản tiền lớn để tiêu hủy chúng. Lượng điện này có thể đáp ứng nhu cầu sạc nhanh, thay thế năng lượng mặt trời vào buổi tối.

Sản xuất điện từ cây tảo lục

Theo các nhà nghiên cứu ở Đại học Yonsei (Hàn Quốc), cây cối có thể hấp thu ánh nắng mặt trời rồi chuyển đổi thành năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Ở quá trình này, nước sẽ giúp phát tán các electron trong thân cây.

Tách điện năng từ nước là điểm mấu chốt của phương pháp trên. Do đó, các nhà khoa học đã chọn tảo lục, loài thực vật sống dưới nước để thực hiện. Họ đặt tảo lục lên tấm màng mỏng có chức năng hấp thu năng lượng và dùng kim nano để tách điện từ chúng. Một miếng tảo lục bằng lòng bàn tay có thể tạo ra lượng điện đủ để thắp sáng 1 bóng đèn sợi đốt nhỏ.

Điện từ cà chua hỏng

Một nhóm các nhà khoa học ở Florida (Mỹ) đã phát triển một pin nhiên liệu sinh học sử dụng những quả cà chua thối hỏng vứt đi để sản xuất điện năng.

Khi đổ vào các bãi rác thải, cà chua hỏng sinh ra khí metan - một loại khí nhà kính cực mạnh. Trong khi, đổ vào nguồn nước, chất thải trong cà chua thối có thể gây ra các vấn đề xử lý nước lớn hơn.

Vì thế, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại pin điện hóa vi sinh vật có thể tận dung các chất thải trong cà chua hỏng để tạo ra dòng điện. Loại pin nhiên liệu này có chứa vi khuẩn, giúp đẩy nhanh quá trình ôxi hóa. Các electron được sinh ra và pin nhiên liệu sẽ thu lại. Kết quả ban đầu cho thấy 10 miligram cà chua thối tạo ra được 0.3 watt điện.

Điện từ khoai tây

Chỉ với một củ khoai tây cùng vài tấm kim loại rẻ tiền, dây điện và bóng đèn LED, các nhà khoa học lập luận rằng loại pin mới này có thể cung cấp ánh sáng đến những thị trấn và làng mạc ở khắp nơi trên thế giới.

“Một củ khoai tây có thể cung cấp năng lượng cho một bóng đèn LED hoạt động đến 40 ngày”, ông Rabinowitch tuyên bố.

Ý tưởng này nghe có vẻ vô lý, nhưng nó lại xuất phát từ những bằng chứng khoa học cụ thể. Các nhà khoa học cho biết để chế tạo ra pin khoai tây, chỉ cần 2 tấm kim loại: một anot với điện cực âm (có thể làm bằng kẽm) và một catot với điện cực dương (có thể làm bằng đồng). Axit bên trong khoai tây sẽ tạo ra phản ứng hóa học với kẽm và đồng, và năng lượng sau đó sẽ được giải phóng. Đây là loại điện áp thấp, nhưng đủ để tạo ra loại pin có thể sạc điện thoại di động hoặc máy tính xách tay ở những nơi không có điện lưới.

Chủ đề của b làm mình nhớ đến thực vật tạo ra điện, mình xin được chia sẻ:

Tạo ra điện từ thực vật

Bên cạnh những phương thức sản xuất điện truyền thống, các nhà khoa học đã nghiên cứu để tạo ra điện năng một cách xanh và sạch từ các loại thực vật.

Một modult của công nghệ tường rêu phát điện.

Sản xuất điện từ rêu

Một nhóm các nhà nghiên cứu tới từ đại học Cambridge (Anh) đã công bố một loại tường rêu xanh, có khả năng tạo ra điện với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với những loại điện sinh học khác.

Các sinh viên của khoa IAAC cùng với nhà sinh vật học Paolo Bombelli đã đề xuất một hệ thống gồm các diện tường sử dụng năng lượng điện từ từ thực vật, mà cụ thể ở đây là rêu.

Sản phẩm bao gồm hàng loạt những modul gạch nung làm rỗng có chứa rêu, sử dụng công nghệ BPV (Biophotovoltaics - công nghệ mới trong sản xuất điện sinh học).

Hệ thống sinh ra điện nhờ một loại vi khuẩn sống cộng sinh với rêu. Khi rêu quang hợp, một số hợp chất hữu cơ được giải phóng thông qua bộ rễ của chúng xuống mặt đất. Vi khuẩn cộng sinh ăn những hợp chất hữu cơ đó và tiếp tục sản sinh ra những sản phẩm phụ, một trong số đó là các electron tự do.

Đất để trồng rêu được trộn hỗn hợp hydrogel và các sợi carbon. Đất hoạt động như một cực dương, thu hút các electron tự do, tương tác và tạo ra điện năng. Nguyên mẫu của công nghệ này có thể tạo ra 3 volt điện từ 16 modults, không nhiều nhưng cũng đủ cung cấp cho một số nhu cầu thiết yếu.

Điện từ bã mía

Mauritius (đảo quốc nhỏ bé ở châu Phi, thuộc phía Tây Nam Ấn Độ Dương) đã nghiên cứu và sản xuất điện từ một nguồn rất đặc biệt là bã mía.

Mía vốn là cây công nghiệp chủ lực ở Mauritius. Mỗi năm, nước này thu hoạch khoảng 900.000 tấn mía, làm nguyên liệu cho 4 nhà máy sản xuất đường, mật. Phần bã mía thải ra được tận dụng làm nhiên liệu sản xuất điện.

Thu hoạch mía.

Điện sản xuất từ bã mía ở Mauritius chiếm khoảng 14% tổng sản lượng điện của cả nước (khoảng 358,6 triệu kWh/năm). Nguyên liệu bã mía gồm 60% được cung cấp từ các nhà máy mía đường trong nước, còn lại 40% phải nhập khẩu.

Quá trình sản xuất điện từ bã mía không quá phức tạp. Sau khi được ép kiệt nước, bã mía được sấy khô và cho vào lò đốt, tạo thành nhiệt năng chạy tuabin phát điện. Tro, xỉ từ lò đốt có hàm lượng cacbon cao được tận dụng để sản xuất phân bón vi sinh, phục vụ nông nghiệp, cải tạo đất. Trong khi đó, khí carbon dioxide (CO2) phát sinh trong quá trình đốt bã mía được thu giữ lại, tạo thành gas sử dụng trong ngành chế biến các loại đồ uống có gas.

Những năm gần đây, Mauritius cũng rất chú trọng phát triển năng lượng tái tạo. Quốc đảo này đặt mục tiêu các nguồn tái tạo sẽ đóng góp 35% tổng sản lượng năng lượng toàn quốc vào năm 2035. Tuy nhiên, phát triển năng lượng tái tạo là quá trình lâu dài nên song song với phương thức đó, Mauritius vẫn ưu tiên sản xuất điện từ bã mía để hạn chế tối đa sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong ngành điện.

Điện từ mít, sầu riêng

Các nhà nghiên cứu trường Đại học Sydney (Australia) đang phát triển dự án làm điện năng từ mít và sầu riêng. Theo đó, những thành phần bỏ đi của của mít và sầu riêng sẽ được xử lý theo quy trình chôn lấp, ủ nóng bằng nước, ướp lạnh làm khô. Quá trình này có thể tạo ra những kho chứa điện năng.

Nhóm nghiên cứu cho biết, pin sản sinh từ hai loại quả này sẽ tồn tại lâu hơn và sạc nhanh hơn pin lithium-ion hiện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho điện thoại di động, máy tính bảng và xe điện.

Lượng điện này thân thiện với môi trường, không mùi, phục vụ hoạt động sạc nhanh cho các thiết bị điện, thay vì sẽ phải tiêu tốn một khoản tiền lớn để tiêu hủy chúng. Lượng điện này có thể đáp ứng nhu cầu sạc nhanh, thay thế năng lượng mặt trời vào buổi tối.

Sản xuất điện từ cây tảo lục

Theo các nhà nghiên cứu ở Đại học Yonsei (Hàn Quốc), cây cối có thể hấp thu ánh nắng mặt trời rồi chuyển đổi thành năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Ở quá trình này, nước sẽ giúp phát tán các electron trong thân cây.

Tách điện năng từ nước là điểm mấu chốt của phương pháp trên. Do đó, các nhà khoa học đã chọn tảo lục, loài thực vật sống dưới nước để thực hiện. Họ đặt tảo lục lên tấm màng mỏng có chức năng hấp thu năng lượng và dùng kim nano để tách điện từ chúng. Một miếng tảo lục bằng lòng bàn tay có thể tạo ra lượng điện đủ để thắp sáng 1 bóng đèn sợi đốt nhỏ.

Điện từ cà chua hỏng

Một nhóm các nhà khoa học ở Florida (Mỹ) đã phát triển một pin nhiên liệu sinh học sử dụng những quả cà chua thối hỏng vứt đi để sản xuất điện năng.

Khi đổ vào các bãi rác thải, cà chua hỏng sinh ra khí metan - một loại khí nhà kính cực mạnh. Trong khi, đổ vào nguồn nước, chất thải trong cà chua thối có thể gây ra các vấn đề xử lý nước lớn hơn.

Vì thế, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại pin điện hóa vi sinh vật có thể tận dung các chất thải trong cà chua hỏng để tạo ra dòng điện. Loại pin nhiên liệu này có chứa vi khuẩn, giúp đẩy nhanh quá trình ôxi hóa. Các electron được sinh ra và pin nhiên liệu sẽ thu lại. Kết quả ban đầu cho thấy 10 miligram cà chua thối tạo ra được 0.3 watt điện.

Điện từ khoai tây

Chỉ với một củ khoai tây cùng vài tấm kim loại rẻ tiền, dây điện và bóng đèn LED, các nhà khoa học lập luận rằng loại pin mới này có thể cung cấp ánh sáng đến những thị trấn và làng mạc ở khắp nơi trên thế giới.

“Một củ khoai tây có thể cung cấp năng lượng cho một bóng đèn LED hoạt động đến 40 ngày”, ông Rabinowitch tuyên bố.

Ý tưởng này nghe có vẻ vô lý, nhưng nó lại xuất phát từ những bằng chứng khoa học cụ thể. Các nhà khoa học cho biết để chế tạo ra pin khoai tây, chỉ cần 2 tấm kim loại: một anot với điện cực âm (có thể làm bằng kẽm) và một catot với điện cực dương (có thể làm bằng đồng). Axit bên trong khoai tây sẽ tạo ra phản ứng hóa học với kẽm và đồng, và năng lượng sau đó sẽ được giải phóng. Đây là loại điện áp thấp, nhưng đủ để tạo ra loại pin có thể sạc điện thoại di động hoặc máy tính xách tay ở những nơi không có điện lưới.

#3 · 01/10/2021, 12:18

Chất lượng quá bạn ơi, cảm ơn bạn nha <3

#4 · 01/10/2021, 16:31

cảm ơn bạn đã viết bài viết rất hay

#5 · 01/10/2021, 16:33

bài viết rất bổ ích bạn ơi