Xi măng sống của nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Aarhus có thể biến cả tòa nhà thành bộ pin khổng lồ trong tương lai. Ảnh: Anthropocene Magazine
Theo Interesting Engineering, các nhà nghiên cứu tại Đại học Aarhus, Đan Mạch tạo ra một siêu tụ điện có thể lưu trữ điện bằng cách đưa vi khuẩn sống vào vật liệu xây dựng phổ biến nhất thế giới. Loại xi măng mới không chỉ lưu trữ năng lượng mà còn có thể phục hồi hiệu suất khi được nạp dưỡng chất. Nhà nghiên cứu chính Qi Luo cho biết ông và cộng sự kết hợp cấu trúc với chức năng để phát triển vật liệu vừa chịu tải vừa có khả năng cung cấp điện từ bên trong tòa nhà. Họ công bố chi tiết nghiên cứu trên tạp chí Cell Reports Physical Science hôm 9/9.
Nhóm nghiên cứu Đan Mạch biến xi măng từ vật liệu bất động thành vật thể sống bằng cách thêm Shewanella oneidensis, vi khuẩn nổi tiếng với khả năng chuyển electron ra ngoài tế bào của nó. Khi ở trong xi măng, loài vi sinh vật này tạo ra một mạng lưới hạt mang điện tích lưu trữ và giải phóng năng lượng.
Thử nghiệm ban đầu cho thấy phương pháp trên vượt trội hơn các thiết bị lưu trữ dựa trên xi măng truyền thống. Xi măng vẫn tiếp tục hoạt động sau khi vi khuẩn chết và các nhà nghiên cứu có thể hồi sinh nó bằng dưỡng chất. Phát hiện này cho thấy vật liệu xây dựng có thể sớm đóng vai trò tích cực trong hệ thống năng lượng. Thay vì chỉ là vỏ bọc thụ động, các bức tường và nền móng trong tương lai có thể vừa là nơi trú ẩn vừa là nơi lưu trữ.
Hoạt động của vi khuẩn thường giảm dần khi hết dưỡng chất. Để giải quyết vấn đề đó, các nhà khoa học tích hợp hệ thống vi lưu vào xi măng, cung cấp protein, vitamin, muối và nhiều yếu tố tăng trưởng để giữ cho vi khuẩn sống sót hoặc hồi sinh chúng. Phương pháp của họ phục hồi tới 80% hiệu suất ban đầu.
Nhóm nghiên cứu cho biết các tòa nhà có thể trở thành vật liệu năng lượng có khả năng phục hồi, giảm nhu cầu thay thế pin hoặc sửa chữa tốn kém. Họ cũng thử nghiệm xi măng trong điều kiện khắc nghiệt. Vật liệu mới lưu trữ và xả điện trong cả môi trường lạnh cóng và nóng nực. Sáu khối xi măng (mỗi khối cỡ 2 cm3) nối với nhau tạo ra đủ điện để thắp sáng một bóng đèn LED.
Luo và cộng sự hình dung công nghệ trên 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 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 ngày.
Khi năng lượng tái tạo mở rộng, nhu cầu về lưu trữ bền vững và giá cả phải chăng ngày càng tăng. Pin hiện nay phụ thuộc vào nguồn tài nguyên khan hiếm như lithium và cobalt và bị xuống cấp theo thời gian. Hệ thống dựa trên xi măng có thể khắc phục những vấn đề đó do sử dụng vật liệu phong phú, chi phí thấp và vi khuẩn tự nhiên, đồng thời hoạt động ở quy mô vượt xa thiết bị thông thường.
Dù vẫn ở giai đoạn đầu, nghiên cứu của Luo và cộng sự mở ra tương lai nơi công trình hoạt động như bộ pin của chính nó, chẳng hạn ngôi nhà lưu trữ năng lượng mặt trời trong ngày trong các bức tường.
An Khang (Theo Interesting Engineering, Cell)
