Ăc quy vi khuẩn lưu trữ năng lượng tương lai

Việc tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế trở nên ngày càng cấp bách vì nguồn nhiên liệu truyền thống đang cạn kiệt nhanh chóng. Mặt trời, gió và sóng thuỷ triều – đó là cứu cánh, là “thơ ca” đồng hành cùng các nguồn năng này. Nhưng bằng cách nào khai thác điện từ các nguồn này đây?

Những tính toán mới đây cho thấy, than đá và dầu khí chỉ còn dùng được một phần tư thế kỷ và chúng chẳng còn cùng nhân loại bước vào thế kỷ XXII. Mặt trời, gió và sóng thuỷ triều quả là nguồn năng lượng thiên nhiên vô tận, có thể ban cho nhân loại nguồn điện năng khổng lồ.

Vấn đề còn lại đầy khó khăn là công nghệ biến thành điện năng và đặc biệt là công nghệ tích lũy và vận chuyển nguồn điên này.

Trọng trách tạo ắc quy cho tương lai

Sản xuất điện năng – đó chỉ là một phần nhiệm vụ mà các nhà năng lượng học phải giải quyết. Còn cần phải lưu trữ nó và chuyển đến người tiêu thụ. Các nhà thiết kế phải tạo ra những bộ ắc quy cho tương lai, dung lượng lớn và an toàn. Họ đành phải nhờ cậy đến “bà mẹ thiên nhiên” đã phát minh ra một phương pháp độc đáo tích luỹ điện từ hàng tỷ năm trước, vào buổi bình minh của sự sống trên Trái đất này. 

Một công nghệ mới do giáo sư Bruce Lohan, Trường ĐH Pennsylvania (Hoa Kỳ) tìm ra cho phép giữ được những điện tích trong bọt khí metan. Để làm được điều này, nhà bác học đã tận dụng một sản phẩm của thiên nhiên là vi khuẩn methanobacterium palustre. Loại vi khuẩn này loài người đã biết rất rõ từ lâu là có khả năng chuyển hoá khí cacbonic thành metan.

Vi khuẩn methanobacteria là một trong các vi sinh vật cổ xưa nhất trên Trái đất và xuất xứ từ đơn bào đầu tiên. Cũng như những hậu duệ trực tiếp của archivebacteria, không có cá nhân và bất cứ cơ quan nào khác, lại có “tuổi thọ” cao hơn bất cứ các vi sinh vật nào. Chính methanobacteria tạo ra cái mùi rất khó chịu của metan, đặc trưng cho mùi bùn hoặc mùi cống rãnh.

Những nghiên cứu chỉ ra rằng trong thiên nhiên methanobacteria có thể lưu giữ được điện tích điện tử, mà người ta dùng làm nhiên liệu khi trao đổi với những thiết bị năng lượng khác. Dưới tác dụng phóng điện yếu của vi khuẩn, những bọt metan cực nhỏ thoát ra, trong đó lưu giữ một lượng không nhỏ các điện tử. Lohan và các đồng nghiệp của mình đã phát hiện ra rằng nếu phủ một lớp vi khuẩn trên catot và dưới tác dụng của điện thế yếu, thì chúng sẽ được bao phủ một lớp bọt metan nhỏ li ti.

Bằng con đường tiến hoá riêng, vi khuẩn methanobacteria đã biết cách tích điện dựa trên tính chất hoá học của metan. Hiệu suất của phương pháp tích điện này cao phi thường, tới 80%. Không một dụng cụ tích điện nào con người làm ra sánh được với thiên nhiên bởi một phần không nhỏ năng lượng phải dùng để khắc phục hiện tượng điện trở, hiện tượng nóng lên của đường truyền và các phản ứng điện hoá phụ.

Triển vọng của công nghệ “tuy cũ mà mới”

“Chúng tôi đang theo đuổi việc tìm kiếm những phương pháp mới để dự trữ năng lượng. Chúng tôi đang đi trên con đường tạo ra các phương pháp tích trữ năng lượng mới, tại đó chúng tôi có thể chuyển hoá điện năng thành năng lượng sinh học“. GS Bruce Lohan bình luận về kết quả nghiên cứu của mình. Mặc dù chưa xem xét đến hiệu ứng nhà kính của công nghệ này (metan nguy hiểm đối với khí quyển không kém khí cacbonic), mới chỉ biết methanobacteria có thể lưu giữ năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng thuỷ triều với chi phí thấp hơn rất nhiều so với các ắc quy truyền thống.

Để ứng dụng phương pháp mới trong công nghiệp, các nhà khoa học phải nghiên cứu quá trình biến khí cacbonic thành metan. Cần phải khám phá ra các “bí mật” của sự chuyển hoá này và số lượng những “công đoạn” mà vi khuẩn đã thực hiện để đạt được kết quả tương tự. Chỉ nắm vững cơ chế hoạt động của tế bào mới tạo ra được những thiết bị bảo quản năng lượng có hiệu quả nhất.

Theo đánh giá của các chuyên gia ngành năng lượng cũng như các nhà vi sinh học, công nghệ “tuy cũ mà mới” này rất có triển vọng. Điện năng sinh ra từ các “thiết bị” của nguồn năng lượng thay thế này, rõ ràng không đủ để giải quyết toàn bộ nhu cầu năng lượng cho nhân loại nhưng nó đủ để sinh ra một lượng rất lớn khí metan với tư cách nhiên liệu cơ bản của tương lai.

Nhiều người vẫn hoài nghi là khi đưa ra thực tế thì liệu hệ số hiệu dụng của những chiếc ắc quy vi khuẩn này có đạt được các chỉ tiêu như khi làm thí nghiệm không? Đó chính là “mệnh lệnh” để GS Lohan coi là mối quan tâm hàng đầu của ông trong việc thiết kế những nguyên mẫu cho chiếc ăcquy vi khuẩn hoạt động trong điều kiện thường.