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(noticias nanowerk) Las plumas mantienen calientes a los pollos y también podrían ser la clave para desarrollar pilas de combustible sostenibles que puedan impulsar vehículos limpios o dispositivos para dividir el agua que produzcan hidrógeno puro.
Las tesis centrales
Investigación
En un estudio conjunto, científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) y ETH Zurich en Suiza, han encontrado una manera de convertir plumas de pollo en un material limpio y sostenible para construir pilas de combustible sin desperdicio.
Al extraer la proteína queratina de las plumas y luego procesarla en fibras ultrafinas llamadas fibrillas de amiloide, los investigadores crearon una membrana delgada que puede conducir protones, un componente importante de las pilas de combustible.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Ali Miserez de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de Materiales y la Facultad de Ciencias Biológicas de la NTU y el profesor visitante de la NTU Raffaele Mezzenga, que también es profesor de alimentos y materiales blandos en la ETH Zurich, dice que su membrana no solo reduce las emisiones de CO2. procedente de la quema de plumas de pollo no deseadas, sino que también se produce de forma sostenible.
El profesor Ali Miserez dijo: “Las pilas de combustible son una de las fuentes de energía sostenible más prometedoras del futuro. La industria avícola produce millones de toneladas de desechos de plumas de pollo no deseados que se queman durante su eliminación, liberando grandes cantidades de dióxido de carbono y gases tóxicos como el dióxido de azufre. Nuestra membrana reduce dichas emisiones al reutilizar los resortes para otras aplicaciones respetuosas con el medio ambiente en pilas de combustible. La membrana no sólo tiene una huella de CO2 negativa debido a su producción, sino que también puede funcionar sin más emisiones de dióxido de carbono cuando se utiliza en una pila de combustible”.
La investigación del equipo fue publicada en la revista en septiembre. Interfaces y materiales aplicados de ACS (“Energía renovable a partir del aprovechamiento de desechos ganaderos: pilas de combustible de queratina elástica a base de amiloide”).
Convertir residuos en fuentes de energía sostenibles
Las pilas de combustible son una forma limpia y eficiente de generar electricidad aprovechando la energía química del hidrógeno u otros combustibles.
El corazón de una pila de combustible es una membrana semipermeable que permite el paso de los protones pero no de los electrones. Los electrones fluyen a través de un circuito externo desde el ánodo al cátodo, produciendo una corriente eléctrica. El uso de hidrógeno como fuente de combustible produce electricidad y agua como subproducto, lo que las convierte en excelentes fuentes de energía limpia.
Sin embargo, la producción de este tipo de membranas en pilas de combustible convencionales utiliza productos químicos tóxicos, también conocidos como “productos químicos permanentes”, que son caros y no se descomponen en el medio ambiente.
Por otro lado, la membrana a base de queratina desarrollada por el equipo de NTU y ETH es amigable con el medio ambiente ya que está hecha de un material biológico y se fabrica mediante un proceso amigable con el medio ambiente que no produce emisiones de carbono.
El profesor Raffaele Mezzenga afirmó: “Nuestro último desarrollo cierra el círculo: tomamos una sustancia que libera dióxido de carbono y gases tóxicos cuando se quema y la utilizamos en un entorno diferente: con nuestra nueva tecnología no sólo reemplaza las sustancias tóxicas, sino que también previene su liberación de dióxido de carbono, lo que reduce el ciclo general de la huella de carbono”.
El primer autor del artículo, el estudiante de doctorado de NTU, Soon Wei Long, dijo: “El proceso de extracción es rápido y económico. Las plumas de pollo están compuestas en un 90 por ciento de queratina, que es la proteína beneficiosa que necesitamos debido a su alto contenido en aminoácidos cisteína. Cuando se quema, la cisteína produce dióxido de azufre altamente tóxico; Sin embargo, la propia cisteína es crucial para la alta conductividad de protones de la membrana durante el tratamiento. Con esta membrana transformamos algo que es tóxico cuando se desecha en algo sostenible”.
En su estudio, la queratina de las plumas se aísla primero de un extracto alcalino de plumas de pollo. Esta queratina se calienta y se convierte en fibrillas de proteína amiloides, nanoestructuras en forma de cuerda hechas de proteínas fuertemente enrolladas.
Luego, estas nanofibrillas se procesan en membranas y se tratan con ácido, donde sufren una reacción química que les permite conducir protones.
La gran cantidad de desechos industriales de plumas de pollo generados por la industria avícola también significa que la membrana fabricada en laboratorio podría ser hasta tres veces más barata de producir que las membranas tradicionales. Los investigadores dicen que se necesitan 100 gramos de plumas para hacer 1 metro cuadrado de membrana de 80 micrómetros de espesor, el diámetro de un cabello humano.
Los investigadores probaron su membrana basada en resortes ensamblándola en una configuración de celda de combustible comercial. En sus pruebas, la pila de combustible pudo encender una lámpara LED, encender un pequeño ventilador y alimentar un pequeño coche de juguete.
La membrana también podría usarse para dividir el agua, proporcionando un método eficaz para producir hidrógeno. En un proceso llamado electrólisis, la corriente directa pasa a través del agua, lo que hace que se forme oxígeno en el ánodo cargado positivamente. Sin embargo, el hidrógeno puro se escapa del cátodo cargado negativamente y, por tanto, puede ser capturado.
Sin embargo, la nueva membrana es permeable a los protones y, por tanto, permite la migración de partículas entre el ánodo y el cátodo, necesaria para una separación eficaz del agua, incluso en agua pura.
En el siguiente paso, los investigadores quieren investigar qué tan estable y duradera es su membrana de queratina y mejorarla. El equipo de investigación ya ha presentado una patente conjunta para la membrana y ahora está buscando colaboraciones con inversores o empresas para seguir desarrollando la tecnología y llevarla al mercado.
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