Năng lượng sinh học tái tạo

Các nhà khoa học đã phát triển những vi khuẩn này như thế nào? 

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các lưới ’nhà ở nano’ cao tầng, nơi các vi khuẩn ưa nắng có thể phát triển với tốc độ nhanh chóng. Điều này có nghĩa là các nhà khoa học sau đó đã có thể trích xuất các điện tử thải của vi khuẩn, còn sót lại từ quá trình quang hợp, có thể được sử dụng trong sản xuất năng lượng sinh học tái tạo, để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ. 

Các thí nghiệm trước đây đã áp dụng phương pháp chiết xuất năng lượng từ vi khuẩn quang hợp. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Cambridge đã phát hiện ra rằng việc cung cấp cho chúng vào đúng môi trường ưa thích của chúng sẽ làm tăng mức năng lượng mà chúng có thể tạo ra lên hơn một bậc độ lớn. Do đó, cách tiếp cận này đã tạo ra sự cạnh tranh với các phương pháp tạo năng lượng sinh học tái tạo truyền thống và đã đạt đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời và có thể cạnh tranh với nhiều phương pháp tạo nhiên liệu sinh học hiện có. 

Thí nghiệm đã tiết lộ điều gì liên quan đến việc tạo ra năng lượng sinh học tái tạo? 

Kết quả nghiên cứu đã mở ra một con đường mới trong việc sản xuất năng lượng sinh học và chứng minh rằng các nguồn năng lượng mặt trời “biohybrid” có thể là một thành phần quan trọng trong nỗ lực tạo ra hỗn hợp năng lượng không carbon. 

Các công nghệ tái tạo hiện tại, chẳng hạn như pin mặt trời dựa trên silicon và nhiên liệu sinh học, chúng vượt trội hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch về lượng khí carbon thải ra môi trường, nhưng chúng cũng có những hạn chế, chẳng hạn như phụ thuộc vào khai thác, thách thức trong tái chế, phụ thuộc vào nông nghiệp và đất đai sử dụng, dẫn đến sự giảm thiểu đa dạng sinh học. 

Những vấn đề gì phải đối mặt trong việc phát triển những vi khuẩn này? 

Vi khuẩn lam - 1 loại vi khuẩn quang hợp, là loại vi khuẩn có dạng sống phong phú nhất trên Trái Đất. Trong những năm qua, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm cách để “nối dây” lại các cơ chế quang hợp của vi khuẩn lam để lấy được năng lượng tạo ra từ chúng. 

Có một nút thắt về lượng năng lượng mà chúng ta có thể tạo ra từ ​​các hệ thống quang hợp, tuy nhiên đến hiện tại không ai có thể tìm ra nút thắt nằm ở đâu. Hầu hết các nhà khoa học đều cho rằng nút thắt đó nằm ở các khía cạnh sinh học, ở bên trong vi khuẩn, nhưng thực tế nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nút thắt cổ chai thực sự nằm ở khía cạnh vật chất. Để có thể phát triển, vi khuẩn lam cần một lượng ánh sáng mặt trời dồi dào, và để lấy được năng lượng mà chúng tạo ra thông qua quá trình quang hợp thì vi khuẩn cần được gắn vào các điện cực. 

Vượt qua những thách thức này như thế nào? 

Một nhóm nghiên cứu từ đại học Cambridge đã in 3D các điện cực tùy chỉnh lấy từ các hạt nano oxit kim loại để hoạt động với vi khuẩn lam khi chúng thực hiện quá trình quang hợp. Các điện cực sử dụng cho vi khuẩn lam được in dưới dạng cấu trúc hình cột phân nhánh cao và có thể tùy chỉnh, mức độ dày đặc, tương tự như “các tòa nhà chọc trời”. Kỹ thuật in này cho phép kiểm soát tỷ lệ chiều dài, làm cho các cấu trúc có thể tùy chỉnh cao thấp, có thể mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực. 

Sau khi vi khuẩn lam tự lắp ráp được ở trong ngôi nhà mới của chúng, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng chúng hiệu quả hơn các công nghệ năng lượng sinh học hiện tại, chẳng hạn như nhiên liệu sinh học. Kỹ thuật này đã giúp lượng năng lượng được chiết xuất nhiều hơn một bậc so với các phương pháp trước đây thường được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh học từ quá trình quang hợp. 

Vi khuẩn lam được ví như những nhà máy sản xuất hóa chất đa công năng. Cách tiếp cận của các nhà nghiên cứu cho phép họ khai thác con đường chuyển đổi năng lượng ngay từ đầu, điều này giúp họ hiểu rõ hơn cách vi khuẩn lam chuyển đổi năng lượng, qua đó có thể tìm cách sử dụng chúng cho các mục đích sinh học khác nhau như tạo ra nhiên liệu tái tạo hoặc sản xuất hóa chất.