Sản xuất năng lượng sạch từ pin năng lượng sinh học

Sản xuất năng lượng sinh học bằng pin năng lượng mặt trời sinh học vi lỏng

Họ đã kết nối chín tế bào quang điện năng lượng sinh học với pin năng lượng mặt trời sinh học. Sau đó, tiếp tục sản xuất điện từ pin năng lượng mặt trời và tạo ra tế bào quang điện sinh học quy mô nhỏ với công suất lớn nhất - 5.59 microwatt.

Theo các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Binghamton, khi pin năng lượng mặt trời sinh học được sản xuất, nó có thể cung cấp năng lượng lâu dài cho các hệ thống đo từ xa nhỏ, không dây và các cảm biến không dây được sử dụng ở vùng sâu, vùng xa, những nơi mà việc thay pin thường xuyên rất khó khăn.

Theo PGS Choi, nghiên cứu này cho phép hiểu rõ hơn về quá trình di chuyển của electron ngoại bào quang hợp trong nhóm vi sinh vật nhỏ hơn với sự kiểm soát chặt chẽ trong vi môi trường, qua đó tạo nền tảng linh hoạt cho các nghiên cứu tế bào quang điện sinh học cơ bản.

Nghiên cứu hiện nay là bước đi mới nhất trong việc sử dụng vi khuẩn lam (có thể tìm thấy ở hầu hết môi trường trên cạn và môi trường dưới nước trong hành tinh của chúng ta) như một nguồn năng lượng sạch và bền vững. Năm 2015, nhóm đã từng bước xây dựng tế bào quang điện sinh học hiệu suất cao hơn bằng cách thay đổi vật liệu được sử dụng ở cực dương và cực âm của các tế bào và chế tạo tế bào quang điện sinh học khoang đơn trên nền vi lỏng thu nhỏ để chứa các vi khuẩn thay cho các tế bào quang điện sinh học khoang kép thông thường.

Tuy nhiên, lần này nhóm đã kết nối chín tế bào quang điện sinh học giống hệt nhau có cấu hình 3×3 để tạo ra pin năng lượng mặt trời sinh học có thể xếp lớp và mở rộng. Pin mặt trời liên tục tạo ra điện nhờ các hoạt động quang hợp và hô hấp của vi khuẩn theo chu kỳ ngày đêm trong tổng số 60 giờ.

Báo cáo nghiên cứu cho biết, hiệu xuất tế bào quang điện sinh học được cải thiện đáng kế nhờ cấu trúc của thiết bị thu nhỏ mới và kết nối nhiều tế bào quang điện nhỏ vào trong một tấm pin năng lượng mặt trời. Đây có thể là những cải tiến vượt bậc đối với công nghệ tế bào quang điện sinh học, tạo điều kiện cho việc sản xuất điện/điện áp có công suất cao hơn, bền vững hơn, khắc phục được những hạn chế của công nghệ tế bào quang điện sinh học trong việc nghiên cứu lắp đặt, đồng thời có thể đưa vào ứng dụng thực tiễn.

Ngay cả với đột phá công nghệ, pin năng lượng mặt trời truyền thống được lắp đặt trên mái nhà ở các khu dân cư, được tạo thành từ 60 tế bào quang điện có cấu hình 6×10, sản xuất ra khoảng 200 W điện tại một thời điểm nhất định. Nhưng đối với các tế bào quang điện trong nghiên cứu này với cấu hình tương tự, chỉ tạo ra khoảng 0,00003726 W. Mặc dù nó chưa hiệu quả nhưng những phát hiện mới này tạo tiền đề cho những nghiên cứu về vi khuẩn trong tương lai.

PGS Choi cho biết: “Nghiên cứu là sự đột phá giúp tối đa công suất sản xuất điện/hiệu suất năng lượng và tính bền vững. Đây sẽ là nghiên cứu cơ bản giúp chúng ta hiểu một phần về cách chuyển hóa của vi khuẩn lam hay tảo. Mặc dù nó không phù hợp với những ứng dụng thực tiễn do mật độ năng lượng thấp và hiệu suất năng lượng kém, tuy nhiên yêu cầu đối với nghiên cứu cơ bản là chỉ cần làm rõ sự chuyển hóa của vi khuẩn, tiềm năng sản xuất năng lượng đối với các ứng dụng năng lượng mặt trời sinh học trong tương lai”.