Phát triển pin nhiên liệu sinh học sử dụng cồn
Công trình nghiên cứu nhiên liệu sinh học của trường tập trung vào việc chế tạo pin nhiên liệu dùng cồn làm nhiên liệu và các phân tử sinh học làm chất xúc tác mà không dùng hydro như các loại pinnhiên liệu hiện nay. Theo Minteer, hydro là chất rất dễ bay hơi và do đó khó bảo quản. Ngoài ra, cần có chi phí và đầu tư năng lượng lớn để sản xuất khối lượng hydro cần thiết tạo thuận lợi chophương tiện vận chuyển hàng loạt. Pin nhiên liệu cũng dựa vào các kim loại hiếm quý, như platin, để xúc tác phản ứng vận chuyển electron hoàn chỉnh. Việc sử dụng các kim loại đắt tiền làm tăng thêmchi phí liên quan đến công nghệ như vậy.Sử dụng cồn làm nhiên liệu, nhất là etanol, sẽ tạo được các ưu thế về kinh tế và hiệu suất. Sử dụng etanol làm giảm trực tiếp chi phí công nghệ. Etanol lỏng được sản xuất từ ngô và ngành công nghiệpsản xuất etanol đã phát triển. Hơn nữa, etanol chứa 34% năng lượng nhiều hơn so với năng lượng sử dụng để trồng, thu hoạch ngô và chưng cất thành etanol. Có nghĩa là năng lượng cần để sản xuất etanolít hơn năng suất năng lượng tiềm năng khi dùng làm nhiên liệu. Etanol là chất lỏng dễ cháy, tuy nhiên etanol khó bay hơi hơn xăng rất nhiều. Điều này có nghĩa là vấn đề tồn trữ etanol ít trở ngại hơnso với trữ và vận chuyển hydro và các loại xăng khác hiện nay.
Theo Minteer, hầu hết các nghiên cứu pin nhiên liệu sinh học trong quá khứ đã sử dụng metanol làm nhiên liệu nhiều hơn là etanol. Sự lựa chọn etanol của nhóm nghiên cứu của Minteer dựa trên cơ sởphân tích cho thấy etanol nhiều hơn, sản xuất rẻ hơn và có khả năng phản ứng cao hơn đối với enzym đã lựa chọn. Các thiết kế ban đầu cũng lựa chọn các enzym trong dung dịch với nhiên liệu và khôngtiếp xúc trực tiếp với điện cực, do vậy chỉ tạo được mật độ điện thấp và tuổi thọ của enzym ngắn. Nhiều tiến bộ đã đạt được khi một số nhóm nghiên cứu bắt đầu cố định enzym ở điện cực, tuy nhiên cáckỹ thuật này chỉ đạt được hiệu suất hạn chế và kéo dài tuổi thọ của enzym không đáng kể.
Tiến bộ về cố định enzym
Đột phá của trường Đại học Saint Louis là thiết kế phương pháp cố định enzym độc đáo trên cơ sở màng polyme biến tính. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng polyme trao đổi ion thông thường vẫn được sử dụngcho pin nhiên liệu, tuy nhiên được biến tính để có các mixen cần thiết. Các mixen này là những lỗ rỗng trong đó enzym tìm được "môi trường vi mô lý tưởng" để phát triển. Enzym đã có được môi trườngcần thiết để hoạt động trong thời gian dài thay vì bị huỷ hoại như trước đây. Các nghiên cứu về pin nhiên liệu sinh học khác cho thấy enzym có tuổi thọ vài ngày, kỹ thuật mới này cho phép hoạt tínhenzym kéo dài trong nhiều tuần mà không có sự thay đổi đáng kể về năng lượng. Quy trình nạp lại pin được hoàn tất bằng cách bổ sung vài giọt cồn. Các nhà khoa học thông báo, thử nghiệm cho thấy hệthống cố định mới có khả năng tạo mật độ năng lượng lớn gấp 32 lần so với mật độ năng lượng của các loại pin nhiên liệu sinh học tiên tiến mà các nhóm nghiên cứu khác chế tạo. Nhóm nghiên cứu củatrường Đại học Saint Louis hy vọng việc phát triển điện cực có diện tích bề mặt lớn sẽ còn có thể giúp tăng công suất của pin nhiên liệu sinh học cao hơn nữa.
Cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã tập trung nghiên cứu các ứng dụng ở qui mô nhỏ. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm 30 đến 50 pin etanol. Các loại pin này vận hành tốt với rượu vốt ka, gin, vang trắngvà bia. Phản ứng của bia cho thấy pin nhiên liệu không phù hợp với sự cacbon hoá. Có thể vài năm nữa mới có các ứng dụng tiêu dùng, tuy nhiên những kết quả này cho thấy khả năng áp dụng công nghệ pinnhiên liệu sinh học và hỗ trợ thúc đẩy nghiên cứu thuần tuý hàn lâm tiến tới công nghệ mang tính thực tiễn hơn.
Nguồn: Technology Forecasts, 4/2003
