Pin sinh học (Bio-battery) từ vi khuẩn – Bước tiến mới cho năng lượng xanh

* Cơ chế hoạt động

Pin sinh học hoạt động dựa trên vi khuẩn điện sinh (exoelectrogenic bacteria) – các loài có khả năng truyền electron ra ngoài tế bào trong quá trình phân giải chất hữu cơ. Khi vi khuẩn “ăn” các phân tử như đường hoặc hợp chất hữu cơ, chúng giải phóng electron và proton. Electron được dẫn qua điện cực, từ đó hình thành dòng điện.

Một số chủng vi khuẩn phổ biến trong nghiên cứu là Geobacter sulfurreducens và Shewanella oneidensis, nổi tiếng với khả năng “thở bằng điện cực”.

* Tiềm năng ứng dụng

1. Y tế: Bio-battery có thể cấp năng lượng cho các thiết bị cấy ghép y học như máy tạo nhịp tim, cảm biến trong cơ thể, nhờ đặc tính nhỏ gọn và an toàn sinh học.

2. Môi trường: Các cảm biến sinh học đặt dưới nước hoặc trong đất có thể hoạt động bền bỉ, dùng chính chất hữu cơ từ môi trường làm nhiên liệu.

3. Năng lượng tái tạo: Dù hiện nay công suất còn nhỏ, nhưng về lý thuyết, pin sinh học có thể mở rộng thành hệ thống lớn, biến rác thải hữu cơ thành điện năng.

4. Quốc phòng và không gian: Các thiết bị nhỏ, cần nguồn điện bền bỉ trong điều kiện khắc nghiệt (tàu ngầm, thiết bị thăm dò hành tinh) có thể tận dụng công nghệ này.

* Thách thức và tương lai

• Hiệu suất còn thấp: Mật độ năng lượng của pin sinh học hiện chưa thể cạnh tranh với lithium-ion.

• Ổn định vi sinh: Vi khuẩn cần môi trường sống phù hợp, gây khó khăn cho ứng dụng lâu dài.

• Chi phí nghiên cứu và tối ưu hóa: Cần thêm đột phá về vật liệu điện cực và kỹ thuật nuôi cấy.

Tuy vậy, với sự kết hợp giữa công nghệ sinh học, vật liệu tiên tiến và kỹ thuật nano, pin sinh học từ vi khuẩn đang dần tiến gần đến ứng dụng thực tiễn. Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu, đây có thể là một trong những công nghệ đột phá mang tính cách mạng trong tương lai gần.

Nguồn: Nature Energy, ScienceDirect, MIT News.