Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Khai thác nguồn vi khuẩn để tạo ra pin nhiên liệu vi sinh vật có hiệu suất cao

BioMedia

Vi khuẩn tạo ra một lượng điện năng đáng kể có thể được sử dụng trong các pin nhiên liệu vi sinh vật nhằm cung cấp nguồn năng lượng ở các khu vực xa xôi, hẻo lánh hoặc chuyển hóa chất thải thành điện năng. Giáo sư Derek Lovley, Đại học Massachusetts, đã phân lập vi khuẩn với số lượng lớn lông mao là chủng hoạt động hiệu quả hơn trong việc chuyển hóa điện tử thành năng lượng so với vi khuẩn với bề mặt trơn nhẵn.

Phát hiện của nhóm được trình bày ở hội nghị của Hiệp hội Vi sinh vật học tổng hợp tại Đại học Heriot-Watt, Edinburgh, 7 tháng 11.

Các nhà nghiên cứu đã phân lập được chủng Geobacter sulfurreducens KN400, sinh trưởng rất mạnh mẽ trên điện cực than chì của tế bào nhiên liệu. Vi khuẩn hình thành màng sinh học dày và dẫn điện trên bề mặt a-nốt. Họ đã tìm ra lượng lớn pilin, một protein sợi có thể dẫn điện xuyên qua màng sinh học.

“Lông tơ tạo ra các lông mao, chúng hoạt động như những nanowire”, Giáo sư Lovley nói, “sử dụng chủng vi khuẩn này trong tế bào nhiên liệu để tổng hợp điện năng có thể làm tăng đáng kể năng lượng đầu ra của tế bào”.

Lông mao trên bề mặt vi khuẩn có vai trò chủ yếu trong việc dẫn điện hơn là giúp chúng bám vào điện cực; khi trạng thái đột biến không có lông mao vẫn có thể bám được.

Mô hình pin nhiên liệu vi sinh vật sử dụng vi khuẩn thuộc chi Geobacter phân giải chất hữu cơ dạng axetat.

Một thiết bị pin nhiên liệu vi sinh vật gồm 2 khoang (ca-tốt và a-nốt thường là kỵ khí) chứa điện cực than chì, hai khoang phân tách nhau bởi màng chọn lọc ion dường (Cation-selective membrane) và được nối với nhau bởi điện trở mạch ngoài. Trong khoang a-nốt, nguồn nhiên liệu đầu vào (fuel in) được vận chuyển bằng ống nhỏ (phụ thuộc kích thước thiết bị), vi khuẩn phân giải nguồn các bon tạo thành CO2 và H+, đồng thời, nhiên liệu sau khi được vi khuẩn sử dụng sẽ thải ra ngoài (fuel out). Tại khoang ca-tốt, ô-xi được đưa vào trong khoang (O2 in) và sử dụng như chất nhận điện tử cuối cùng, sau khi kết hợp với H+ (H+ di chuyển xuyên qua màng chọn lọc ion dương)  tạo thành nước và thoát ra ngoài (Outlet). Trong trường hợp vi khuẩn sử dụng cơ chất là axetat và chất nhận điện tử cuối cùng là oxy, vi khuẩn sử dụng axetat như nguồn cung cấp cacbon cho quá trình trao đổi chất, tạo ta e-, phản ứng tại mỗi khoang là:

Khoang a-nốt:              C2H4O2 + 2H2O -> 2CO2 + 8e- + 8H+

Khoang ca-tốt:             2O2 + 8H+ -> 4H2O

Trong khi đó, điện tử sinh ra ở a-nốt nhờ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn sẽ được truyền trực tiếp cho điện cực than chì, di chuyển theo sự chênh lệch của thế ô-xi hóa khử giữa 2 khoang. Tín hiệu đầu ra đo được nhờ đồng hồ đo điện sẽ là tín hiệu điện được vi khuẩn chuyển hóa từ axetat nhờ thiết bị pin nhiên liệu vi sinh vật.

Các tế bào nhiên liệu vi sinh vật có thể được sử dụng trong các thiết bị chỉ thị trong trường hợp gặp khó khăn khi sử dụng chúng nhằm thay thế các loại pin thông thường vì chúng không hoạt động, nhưng để đi đến thành công chúng cần có hiệu suất cao và nguồn năng lượng lâu dài. Giáo sư Lovley đã mô tả về G. Sulfurreducents KN400, chủng được sử dụng trong các cảm biến đặt ở đáy biển để ghi lại sự di cư của rùa biến. ​

Nguồn dịch: http://www.sciencedaily.com/releases/2009/09/090907013811.htm

Dịch giả Nguyễn Thị Hương

Các bài viết cùng chủ đề

Khai thác nguồn vi khuẩn để tạo ra pin nhiên liệu vi sinh vật có hiệu suất cao

Vi khuẩn tạo ra một lượng điện năng đáng kể có thể được sử dụng trong các pin nhiên liệu vi sinh vật nhằm cung...

Đông khô: Phương pháp sấy đông khô (phần 1)

Xem thêm >> Đông khô: Phương pháp sấy đông khô (phần 2) Giới thiệu chung Phương pháp sấy thăng hoa từ lâu đã được ứng dụng,...

Tiệt trùng trong công nghệ lên men

Xem thêm >> Phương pháp tiệt trùng trong y tế và phòng thí nghiệm >> Tủ sấy: phân loại và lựa chọn >>  Tủ sấy: cấu tạo, nguyên...

Phương pháp tiệt trùng trong y tế và phòng thí nghiệm

Xem thêm >> Tiệt trùng trong công nghệ lên men >> Tủ sấy: phân loại và lựa chọn >>  Tủ sấy: cấu tạo, nguyên tắc làm việc, thông...