Các nhà nghiên cứu tại Đại học Aarhus, Đan Mạch, vừa công bố một phát minh đột phá: siêu tụ điện làm từ xi măng, có khả năng lưu trữ điện nhờ tích hợp vi khuẩn sống. Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science, mở ra tiềm năng biến vật liệu xây dựng thông thường thành nguồn năng lượng tái tạo.
Điểm đặc biệt của loại xi măng mới này là khả năng phục hồi hiệu suất sau khi suy giảm. Theo trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Qi Luo, nhóm của ông đã kết hợp cấu trúc và chức năng để tạo ra một vật liệu không chỉ chịu lực mà còn có khả năng cung cấp điện từ bên trong các tòa nhà.
Để biến xi măng từ một vật liệu tĩnh thành một “thực thể sống”, các nhà khoa học đã bổ sung vi khuẩn Shewanella oneidensis. Loài vi khuẩn này nổi tiếng với khả năng chuyển electron ra bên ngoài tế bào. Khi được đưa vào xi măng, chúng tạo thành một mạng lưới các hạt mang điện tích, có khả năng lưu trữ và giải phóng năng lượng.
Các thử nghiệm ban đầu cho thấy loại xi măng đặc biệt này vượt trội hơn hẳn so với các thiết bị lưu trữ năng lượng truyền thống làm từ xi măng. Đáng chú ý, xi măng vẫn tiếp tục hoạt động ngay cả sau khi vi khuẩn chết, và có thể được “hồi sinh” bằng cách cung cấp thêm dưỡng chất. Điều này cho thấy tiềm năng to lớn của vật liệu xây dựng trong việc đóng vai trò chủ động trong hệ thống năng lượng tương lai. Thay vì chỉ là lớp vỏ thụ động, tường và nền móng có thể đồng thời là nơi trú ẩn và kho lưu trữ năng lượng.
Một thách thức đặt ra là hoạt động của vi khuẩn thường suy giảm khi nguồn dưỡng chất cạn kiệt. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã tích hợp một hệ thống vi lưu vào xi măng, cung cấp protein, vitamin, muối và các yếu tố tăng trưởng khác để duy trì sự sống hoặc hồi sinh vi khuẩn. Phương pháp này đã giúp phục hồi tới 80% hiệu suất ban đầu.
Nhóm nghiên cứu tin rằng, với công nghệ này, các tòa nhà có thể trở thành các “vật liệu năng lượng” có khả năng tự phục hồi, giảm nhu cầu thay thế pin hoặc sửa chữa tốn kém. Họ cũng đã thử nghiệm xi măng trong các điều kiện khắc nghiệt, và kết quả cho thấy vật liệu mới có khả năng lưu trữ và xả điện trong cả môi trường nóng và lạnh. Thí nghiệm cho thấy sáu khối xi măng nhỏ (mỗi khối khoảng 2 cm3) kết nối với nhau có thể tạo ra đủ điện để thắp sáng một đèn LED.
Tiến sĩ Luo và cộng sự hình dung công nghệ này sẽ được tích hợp vào các tòa nhà, trong tường, nền móng hoặc cầu, hỗ trợ các nguồn năng lượng tái tạo như pin mặt trời bằng cách lưu trữ năng lượng ngay tại chỗ. Một căn phòng làm từ vật liệu xi măng mới có thể lưu trữ khoảng 10 kWh, đủ để cung cấp điện cho một máy chủ doanh nghiệp tiêu chuẩn trong một ngày.
Trong bối cảnh năng lượng tái tạo ngày càng phát triển, nhu cầu về các giải pháp lưu trữ bền vững và giá cả phải chăng ngày càng tăng cao. Pin hiện tại phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên khan hiếm như lithium và cobalt, và có xu hướng xuống cấp theo thời gian. Hệ thống dựa trên xi măng có thể giải quyết những vấn đề này, vì nó sử dụng các vật liệu phong phú, chi phí thấp và vi khuẩn tự nhiên, đồng thời có thể hoạt động ở quy mô lớn hơn nhiều so với các thiết bị thông thường.
Mặc dù vẫn còn ở giai đoạn đầu, nghiên cứu của Tiến sĩ Luo và cộng sự mở ra một tương lai đầy hứa hẹn, nơi các công trình xây dựng có thể hoạt động như những “bộ pin” khổng lồ, ví dụ như một ngôi nhà có thể lưu trữ năng lượng mặt trời thu được trong ngày ngay bên trong các bức tường của nó.
Admin
Nguồn: VnExpress
