Xi măng thế hệ mới có thể phát điện nhờ vi khuẩn sống bên trong

Được công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science, nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ này có thể được tích hợp vào các cấu trúc xây dựng như tường, móng hoặc cầu, đồng thời cũng có thể hỗ trợ cung cấp một phần năng lượng tương tự như các tấm pin mặt trời.
 

 "Xi măng sống" này không chỉ giúp chống đỡ các tòa nhà, nó còn hoạt động như một hệ thống lưu trữ năng lượng có thể "sạc lại"".

Xi măng sống được tạo ra bằng cách nào?

Xi măng sống được tạo ra bằng cách thêm bột natri sulfat (chất điện phân có lợi cho vi khuẩn) vào xi măng, sau đó thêm vi khuẩn đã được pha loãng trong nước khử ion vô trùng. Hỗn hợp xi măng được đổ vào khuôn và để ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ.

Shewanella oneidensis là một loại vi khuẩn hoạt động nhờ điện, có khả năng tạo ra một mạng lưới hạt mang điện tích để lưu trữ và giải phóng năng lượng.

Loại xi măng sống này đạt mật độ năng lượng là 178,7Wh/kg. Để hình dung, một bóng đèn LED thường tiêu tốn 4 - 18W. Do đó một kg xi măng sống có thể cung cấp năng lượng cho tối đa 44 bóng đèn LED - một lượng năng lượng khổng lồ được tạo ra bởi vi khuẩn cực nhỏ.

Sau 10.000 chu kỳ sử dụng năng lượng, xi măng vẫn duy trì được 85% công suất, cho thấy tiềm năng sử dụng lâu dài.

Tuy nhiên vì là vật liệu "sống" nên có khả năng vi khuẩn sẽ chết. Do đó nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kênh dẫn nhỏ bên trong xi măng để cung cấp dưỡng chất cho vi khuẩn, và có thể phục hồi chúng với 80% công suất ban đầu.

Đặc điểm cấu trúc và thành phần của "xi măng sống" được phóng lớn - Ảnh: CRPS

Cách thức hoạt động

Vi khuẩn phát điện: Vi khuẩn Shewanella oneidensis có khả năng vận chuyển điện tử ra ngoài tế bào, tạo ra một mạng lưới các hạt mang điện bên trong vật liệu. 

Lưu trữ năng lượng: Mạng lưới này biến xi măng thành một hệ thống siêu tụ điện có khả năng lưu trữ và cung cấp điện. 

Hệ thống phục hồi: Một hệ thống vi lưu được tích hợp vào xi măng để liên tục cung cấp protein, vitamin và các yếu tố tăng trưởng, duy trì hoạt động của vi khuẩn và phục hồi công suất lưu trữ năng lượng.

Tiềm năng ứng dụng 

Vật liệu xây dựng và lưu trữ năng lượng: Xi măng sống vừa có chức năng xây dựng vừa có thể hoạt động như pin lưu trữ năng lượng tại chỗ, hỗ trợ các nguồn năng lượng tái tạo.

Tòa nhà bền vững: Các tòa nhà được làm từ vật liệu này có thể lưu trữ năng lượng mặt trời và cung cấp điện cho các thiết bị, giúp giảm sự phụ thuộc vào pin truyền thống.

Vượt qua hạn chế của pin: Công nghệ này khắc phục nhược điểm của pin hiện tại bằng cách sử dụng vật liệu phong phú, chi phí thấp và vi khuẩn tự nhiên, đồng thời có tiềm năng hoạt động ở quy mô lớn hơn.

Kết luận

Loại vật liệu mới này hoạt động như một hệ thống lưu trữ năng lượng có thể "sạc lại" bằng cách cung cấp dinh dưỡng cho vi khuẩn, mở ra viễn cảnh các công trình xây dựng có thể tự cung cấp năng lượng bền vững.

Dù đây là một ý tưởng thú vị, song xi măng sống vẫn chưa sẵn sàng để sử dụng tại các công trường xây dựng. Độ kiềm tự nhiên trong xi măng đặt ra thách thức cho sự sống còn của vi khuẩn và hiệu suất của các vi sinh vật hoạt động nhờ điện rất phụ thuộc vào môi trường.

Nhóm nghiên cứu đang tập trung vào các giải pháp khả thi như tạo ra chủng vi khuẩn mạnh hơn và điều chỉnh độ xốp của xi măng để cung cấp dinh dưỡng tốt hơn.

BÀI CÙNG CHỦ ĐỀ:
>> Xi măng có thể phát sáng và chịu nhiệt
>> Ứng dụng xi măng phát quang vào các công trình xây dựng
>> Những vật liệu xây dựng có tính năng đặc biệt
>> Xi măng giúp ánh sáng có thể tràn vào nhà
>> Chế tạo bê tông phát sáng có độ bền cao

Buildata