Cuộc khủng hoảng mang tên rác thải điện tử
Theo báo cáo của Liên Hợp Quốc, năm 2022, thế giới đã thải ra gần 62 triệu tấn rác thải điện tử, trong đó chỉ khoảng 20% được tái chế đúng cách. Dự báo đến năm 2030, con số này có thể vượt 75 triệu tấn, trở thành một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng nhất hành tinh.
Một phần nguyên nhân đến từ pin truyền thống - bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị điện tử. Pin hiện nay thường chứa kim loại nặng như lithium, cobalt, chì… rất khó tái chế và gây ô nhiễm khi chôn lấp.
Trước thực trạng đó, các nhà khoa học trên khắp thế giới đang không ngừng tìm kiếm những giải pháp thay thế bền vững hơn.
Và giờ đây, tại Thụy Sĩ, một nhóm nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu vật liệu và công nghệ tiên tiến Empa đã đưa ra một giải pháp "xanh" đầy sáng tạo: pin làm từ nấm.
Khi nấm biến thành nguồn năng lượng
Loại pin được làm từ nấm của nhóm nghiên cứu (Ảnh: Empa).
Khác với pin thông thường hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa kim loại và chất điện phân, pin nấm hoạt động hoàn toàn dựa vào sinh học. Cấu trúc pin được tạo thành từ các vật liệu sinh học hoàn toàn tự nhiên, bao gồm xenlulôzơ, sáp ong, và hai loại nấm: nấm men Saccharomyces cerevisiae và nấm mục trắng Trametes pubescens.
Tại cực dương (anode), nấm men "ăn" đường - một quá trình trao đổi chất tự nhiên. Trong quá trình này, các electron được giải phóng và di chuyển qua mạch điện đến cực âm (cathode). Tại đây, các enzyme do nấm mục trắng tiết ra giúp hoàn thành phản ứng điện hóa, tạo ra dòng điện ổn định.
Nói cách khác, đây là một hệ thống năng lượng sống, hoạt động tương tự như pin nhiên liệu sinh học nhưng ở cấp độ sinh học vi mô.
Nuôi pin bằng… máy in 3D
Quy trình sản xuất pin nấm cũng mang nhiều yếu tố đột phá. Thay vì lắp ráp linh kiện, pin được "nuôi" bằng công nghệ in 3D.
Nhóm nghiên cứu sử dụng mực in đặc biệt chứa hỗn hợp xenlulôzơ, carbon và tế bào nấm sống. Mực này được in thành những hình khối nhất định, sau đó các sợi nấm phát triển bên trong cấu trúc in 3D nhờ chất dinh dưỡng tích hợp sẵn.
Sau khoảng 2-3 tuần nuôi cấy, viên pin "chín" và có thể bắt đầu tạo ra dòng điện. Điều đặc biệt là khi chưa cần dùng, pin có thể được bảo quản khô, chỉ cần "kích hoạt" lại bằng nước và chất dinh dưỡng khi cần thiết.
Hoạt động tốt trong nhiều ngày, ứng dụng tiềm năng
Dù còn hạn chế về công suất, một viên pin nấm hiện có thể tạo ra điện áp 300-600 millivolt, đủ để cấp nguồn cho các thiết bị cảm biến nhỏ trong vài ngày. Khi ghép nhiều viên lại, chúng có thể hoạt động ổn định suốt 65 giờ, thích hợp cho:
- Các cảm biến môi trường hoạt động ở nơi hẻo lánh.
- Thiết bị y tế cấy ghép, nơi việc thay hoặc sạc pin rất khó khăn.
- Ứng dụng trong nông nghiệp công nghệ cao, nơi cần các giải pháp ít bảo trì và thân thiện môi trường
Với khả năng tự hủy sinh học hoàn toàn, viên pin này sau khi hết "vòng đời" có thể phân hủy như một loại rác hữu cơ, góp phần giảm áp lực xử lý rác thải độc hại.
Dù mới ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu, công trình của nhóm chuyên gia tại Empa đã mở ra một cánh cửa mới cho ngành công nghiệp năng lượng bền vững.
Giáo sư Gustav Nyström, trưởng nhóm nghiên cứu chia sẻ: "Chúng tôi không kỳ vọng pin nấm thay thế ngay lập tức pin lithium-ion, nhưng nó là bước đầu tiên quan trọng chứng minh rằng năng lượng có thể được tạo ra từ sinh vật sống theo cách thân thiện với hành tinh này".
