Premena nevyužitého odpadu z výroby potravín na čistú energiu: Výskumníci z ETH Zürich a Nanyang Technological University Singapur používajú kuracie perie na to, aby boli palivové články nákladovo efektívnejšie a udržateľnejšie.
Potravinársky priemysel produkuje obrovské množstvo odpadu a vedľajších produktov, a to aj z produkcie hydiny. Každý rok sa spáli asi 40 miliónov ton kuracieho peria. Tým sa uvoľňuje nielen veľké množstvo CO2, ale vznikajú aj toxické plyny, ako je oxid siričitý.
Výskumníci z ETH Zürich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich – Spolková vysoká technická škola v Zürichu) a Nanyang Technological University Singapore (NTU) našli spôsob, ako toto perie dobre využiť. Pomocou jednoduchého a ekologického procesu extrahujú proteínový keratín z peria a premenia ho na ultrajemné vlákna známe ako amyloidné fibrily. Tieto keratínové fibrily sa ďalej používajú v membráne palivového článku.
Palivové články vyrábajú elektrinu bez CO2 z vodíka a kyslíka, pričom uvoľňujú iba teplo a vodu. V budúcnosti by mohli zohrávať dôležitú úlohu ako trvalo udržateľný zdroj energie. V srdci každého palivového článku leží polopriepustná membrána. Umožňuje protónom prechádzať, blokuje však elektróny a núti ich prúdiť vonkajším obvodom od záporne nabitej anódy ku kladne nabitej katóde, čím vzniká elektrický prúd.
Dobré využitie priemyselného odpadu
V konvenčných palivových článkoch sa tieto membrány doteraz vyrábali pomocou vysoko toxických chemikálií alebo „večných chemikálií“, ktoré sú drahé a nerozkladajú sa v prostredí. Na druhej strane membrána vyvinutá výskumníkmi ETH a NTU pozostáva hlavne z biologického keratínu, ktorý je ekologický a dostupný vo veľkých množstvách – kuracie perie obsahuje 90 percent keratínu. To znamená, že membrána vyrobená v laboratóriu je už teraz až trikrát lacnejšia ako bežné membrány.
„Venoval som niekoľko rokov skúmaniu rôznych spôsobov, ako môžeme využiť potravinový odpad pre systémy obnoviteľnej energie,“ hovorí Raffaele Mezzenga, profesor potravín a mäkkých materiálov na ETH Zürich. „Náš najnovší vývoj uzatvára cyklus - berieme látku, ktorá pri spaľovaní uvoľňuje CO2 a toxické plyny, a používame ju v inom prostredí. S našou novou technológiou nielen nahrádza toxické látky, ale tiež zabraňuje uvoľňovaniu CO2, čím sa znižuje celkový cyklus uhlíkovej stopy,“ hovorí Mezzenga.
Všestranná aplikácia
Predtým, ako sa vodík stane udržateľným zdrojom energie, je potrebné prekonať ďalšie výzvy. „Vodík je najrozšírenejší prvok vo vesmíre - bohužiaľ nie na Zemi," hovorí Mezzenga. Keďže sa tu vodík nevyskytuje v čistej forme, musí sa vyrábať, čo si vyžaduje veľké množstvo energie. Aj tu by mohla nová membrána v budúcnosti dobre poslúžiť, pretože sa dá využiť nielen v palivových článkoch, ale aj pri štiepení vody.
V procese známom ako elektrolýza prechádza vodou jednosmerný prúd, čo spôsobuje tvorbu kyslíka na (tentoraz) kladne nabitej anóde, zatiaľ čo vodík uniká na záporne nabitej katóde. Čistá voda nie je pre tento proces dostatočne vodivá a často vyžaduje pridanie kyselín. Nová membrána je však priepustná pre protóny a umožňuje tak migráciu častíc medzi anódou a katódou potrebnú na efektívne štiepenie vody aj v čistej vode.
Čaká sa na patentovanie
Ďalším krokom vedcov bude preskúmať, ako stabilná a odolná je ich keratínová membrána, a v prípade potreby ju zlepšiť. Výskumný tím už podal spoločný patent na membránu a teraz hľadá investorov alebo spoločnosti, ktoré by technológiu ďalej rozvíjali a uviedli na trh.
Udržateľná membrána sa vyrába z keratínu v kuracom perí na použitie v palivovom článku. Zastúpenie komponentov palivového článku. V strede je membrána vyrobená z keratínu. Vľavo a vpravo od membrány je katalyzátor. Vo vonkajšej vrstve je na jednej strane anóda a na druhej katóda.
Z ethz.ch preložila a upravila Ing. Martina Gondeková, PhD., NPPC-VÚŽV Nitra
Snímka: Adobe Stock, grafika: ETH Zurich/NTU
