Nghiên cứu loại pin do vi khuẩn tạo ra trong đất để thu được nguồn điện sạch từ Trái đất

FBactery, công ty khởi nghiệp Bactery của Anh cho biết, loại pin sử dụng các electron do vi khuẩn tạo ra trong đất để thu được nguồn điện sạch từ Trái đất. Loại pin này có khả năng hoạt động suốt ngày đêm và trên toàn thế giới.

Những người sáng lập công ty hy vọng công nghệ này sẽ đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang nền nông nghiệp dữ liệu, giúp nông dân tăng năng suất và bảo tồn tài nguyên mà không cần phải lắp đặt cơ sở hạ tầng năng lượng đắt tiền và khó bảo trì.

Pin chạy bằng vi khuẩn hoạt động dựa trên tế bào nhiên liệu vi khuẩn đất (SMFC), thu năng lượng từ các phản ứng hóa học tự nhiên xảy ra trong các vi sinh vật có trong đất.

Các điện cực gốc carbon được đặt trong đất và kết nối với một mạch điện bên ngoài. Hệ thống này chuyển các electron do một số vi sinh vật tạo ra khi chúng tiêu thụ các hợp chất hữu cơ có trong đất, biến chúng thành điện. Các ngăn xếp của tế bào có thể được kết nối với pin để lưu trữ năng lượng.

Tiến sĩ Jakub Dziegielowski, thành viên của nhóm nghiên cứu đã phát triển SMFC vào năm 2019 trong thời gian học Tiến sĩ Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Bath ở Vương quốc Anh. Dự án được thử nghiệm trên một hệ thống lọc nước ở Brazil. Hiện ông cùng nhóm nghiên cứu phát triển mở rộng quy mô của dự án.

Nghiên cứu loại pin sử dụng các electron do vi khuẩn tạo ra trong đất để thu được nguồn điện sạch từ trái đất. Ảnh: Vietnamnet

Tiến sĩ Dziegielowski nói, trong 4 năm nghiên cứu và phát triển, nhóm của ông đã có thêm nhiều kinh nghiệm, kiến thức về quá trình điện hóa sinh học khác nhau và hiểu rõ hơn về vai trò của vi khuẩn và đất trong phương trình phức tạp.

Thông tin thu thập được giúp nhóm nghiên cứu đưa ra các giải pháp kích thích và kiểm soát các quá trình chọn lọc trong lòng đất, tối đa hóa việc khai thác năng lượng và duy trì sản xuất điện liên tục trong nhiều năm.

Trong 12 tháng tới, công ty Bactery tiếp tục tinh chỉnh các nguyên mẫu với mục đích bắt đầu sản xuất quy mô nhỏ trước khi tung ra sản phẩm thương mại vào năm 2026.

Trước đó, nhóm nhà nghiên cứu tại Đại học Binghamton, New York, Mỹ đã tìm ra cách khiến pin sinh học có thể sinh ra năng lượng suốt nhiều tuần với ba loại vi khuẩn khác nhau.

Pin sinh học là giải pháp mới để cung cấp năng lượng cho các thiết bị bằng cách mô phỏng quá trình tạo ra năng lượng trong tế bào sinh học. Glucose là nguồn năng lượng phổ biến nhất mà sinh vật sống sử dụng. Khi enzyme trong tế bào phân giải glucose, nó cũng giải phóng các electron có thể dùng để chạy các thiết bị điện.

Seokheun Choi, Giáo sư tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Thomas J. Watson thuộc Đại học Binghamton, nghiên cứu về pin sinh học nhiều năm và nhận thấy, sự tương tác của vi khuẩn có thể tạo ra đủ năng lượng để vận hành các thiết bị trong vài giờ.

Dù khả năng này rất hữu ích trong một số trường hợp, Choi cùng đồng nghiệp vẫn tìm cách tăng tuổi thọ cho pin. Trước đây, họ sử dụng hệ thống hai vi khuẩn để tạo ra điện cho pin sinh học. Trong nghiên cứu mới, họ sử dụng hệ thống ba vi khuẩn và đặt chúng vào những khoang riêng biệt.

“Một loại vi khuẩn quang hợp tạo ra thức ăn hữu cơ dùng làm chất dinh dưỡng cho các tế bào vi khuẩn khác bên dưới. Dưới cùng là vi khuẩn sản xuất điện, còn vi khuẩn ở giữa tạo ra một số hóa chất để cải thiện việc truyền electron”, Choi giải thích.

Pin sinh học mới cũng có cách lắp ráp mới. Đặt trong các khối hộp 3cm x 3cm, loại pin này giống như khối Lego, có thể kết hợp và sắp xếp lại một cách dễ dàng. Tùy thuộc vào thiết bị cần lắp pin, người ta có thể sắp xếp những khối pin để tạo ra điện áp và dòng điện phù hợp.

Giáo sư Choi tin rằng 6G sẽ được triển khai toàn cầu trong thập kỷ tới và một lượng lớn các thiết bị nhỏ, thông minh và độc lập sẽ được sử dụng trong tương lai, có thể ở cả những nơi xa xôi và khắc nghiệt. Khi đó, pin sinh học sẽ rất hữu ích.

Trong tương lai có thể chế tạo loại pin có thể tự phục hồi khi chịu hư hại trong môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, mục tiêu cuối cùng của ông là khiến pin trở nên thật nhỏ gọn. “Chúng tôi gọi đó là ‘bụi thông minh’ và chỉ vài tế bào vi khuẩn cũng có thể tạo ra đủ năng lượng cho chúng. Sau đó, chúng tôi có thể rắc chúng ở những nơi cần thiết.

An Dương (T/h)