雞毛可以制造強(qiáng)大的氫燃料電池
迫在眉睫的雞毛危機(jī)終于得到了科學(xué)界的關(guān)注，研究人員正在探索如何從骯臟、潮濕的廢羽毛中挖掘有價(jià)值的角蛋白。來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)和新加坡南洋理工大學(xué)(NTU)的一個(gè)研究小組最近取得了一項(xiàng)進(jìn)展，他們將一種定制形式的角蛋白應(yīng)用于制造零排放氫燃料電池的生物基膜。
雞毛可以制造強(qiáng)大的氫燃料電池
在全球范圍內(nèi)，ETH/NTU的研究小組估計(jì)，每年有4000萬(wàn)噸的雞毛被焚燒，因?yàn)闆](méi)有更好的方法來(lái)處理它們。
團(tuán)隊(duì)確實(shí)找到了更好的辦法。然而，考慮到燃料電池的惡劣環(huán)境，使用角蛋白制造氫燃料電池的膜并不像聽(tīng)起來(lái)那么簡(jiǎn)單。
在被制成膜之前，研究人員將羽毛來(lái)源的角蛋白加工成極細(xì)纖維的形式，稱為淀粉樣原纖維。如果這讓你想起了什么，你可能會(huì)想到淀粉樣蛋白原纖維沉積在人體的器官和組織上，這通常是一種病理狀態(tài)的標(biāo)志。
正如我們?cè)诿绹?guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)的朋友所解釋的那樣，淀粉樣蛋白原纖維與瘋牛病等疾病有關(guān)。然而，他們也有一個(gè)隱藏的超能力。
“淀粉樣蛋白原纖維非常穩(wěn)定，不易降解。它們被描述為具有與鋼相似的抗拉強(qiáng)度，這是它們與結(jié)構(gòu)表親絲綢共享的特性，”NIH觀察到。
這就解釋了為什么從雞毛中提取的新型生物基膜在氫燃料電池的混亂世界中很受歡迎。燃料電池在催化劑的引導(dǎo)下，通過(guò)氫和周圍氧氣的反應(yīng)來(lái)發(fā)電。燃料電池中的膜起著核心作用，它們必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。
“它(薄膜)允許質(zhì)子通過(guò)，但阻擋了電子，迫使它們從帶負(fù)電的陽(yáng)極流向帶正電的陰極，從而產(chǎn)生電流，”ETH解釋說(shuō)。
更多的雞毛制造更多的氫燃料電池
至于如何處理剩下的羽毛，這是一個(gè)好問(wèn)題。據(jù)ETH稱，雞毛含有90%的角蛋白。每年仍有4000萬(wàn)噸角蛋白廢物中的10%需要處理。
除此之外，ETH/NTU團(tuán)隊(duì)并不是唯一對(duì)將雞毛應(yīng)用于氫燃料電池感興趣的團(tuán)隊(duì)。
早在2009年，當(dāng)特拉華大學(xué)的一組研究人員獲得一筆小額資助，將雞毛角蛋白用作燃料電池電動(dòng)汽車的儲(chǔ)氫介質(zhì)時(shí)，就關(guān)注到了這一點(diǎn)。
研究人員設(shè)定的目標(biāo)是達(dá)到能源部在成本和容量方面的基準(zhǔn)。雞毛是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，部分原因是使用生物基材料可以幫助解決困擾其他材料的成本問(wèn)題，包括報(bào)廢品的處理成本。
“為了解決燃料電池汽車中的氫氣儲(chǔ)存問(wèn)題，已經(jīng)研究和生產(chǎn)了各種納米結(jié)構(gòu)材料，但沒(méi)有一種能完全滿足這些目標(biāo)，”該團(tuán)隊(duì)觀察到。“它們的處理方法和可降解性仍然是一個(gè)很大的問(wèn)號(hào)。此外，這些材料的價(jià)格非常昂貴。”
建立更好的儲(chǔ)氫系統(tǒng)
馬里蘭大學(xué)的研究小組將羽毛衍生的角蛋白暴露在高溫?zé)崽幚碇?，使其碳化以?chǔ)存氫。最終的結(jié)果是一種比原始角蛋白纖維表面積大得多的材料。
研究小組解釋說(shuō)：“當(dāng)以角蛋白為基礎(chǔ)的雞毛通過(guò)受控?zé)峤膺M(jìn)行熱處理時(shí)，形成了帶有納米孔壁的中空碳微管。通過(guò)形成分形和微孔，它們的表面積大大增加，因此比未經(jīng)處理的羽毛纖維能夠吸附更多的氫。”
這個(gè)特別的想法似乎在特拉華大學(xué)被擱置了，但其他人卻撿起了它。例如，在2019年，物理研究所舉辦了一場(chǎng)關(guān)于碳化雞毛作為儲(chǔ)氫介質(zhì)的主題演講。
一根雞毛的傳奇
美國(guó)農(nóng)業(yè)部至少早在2000年就一直在尋找解決雞毛危機(jī)的辦法，當(dāng)時(shí)它評(píng)估了一項(xiàng)對(duì)雞毛進(jìn)行升級(jí)回收的努力，從過(guò)濾器、尿布到絕緣材料和室內(nèi)裝飾襯墊。
這個(gè)想法似乎在某個(gè)地方被遺忘了，但在2009年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部的研究人員正在探索用雞毛制作可生物降解花盆的想法。雞毛是氮和角蛋白的重要來(lái)源，這個(gè)想法是在它們的壽命結(jié)束時(shí)可以將花盆堆肥。
碳化雞毛也被研究用于許多其他用途，包括電動(dòng)汽車電池和生物基塑料。
尋找升級(jí)回收的解決方案還包括利用羽毛衍生的蛋白質(zhì)來(lái)生產(chǎn)紡織品。去年，內(nèi)布拉斯加州的一個(gè)研究小組報(bào)告說(shuō)，他們?cè)谟鹈郊徔椘返捻?xiàng)目上取得了重大進(jìn)展，盡管挑戰(zhàn)仍然存在。
去年，一個(gè)跨國(guó)研究團(tuán)隊(duì)也發(fā)表了一項(xiàng)研究，研究如何將雞毛作為一種相對(duì)廉價(jià)的生物基食品包裝防水涂料。
歐盟決心解決雞毛危機(jī)
去年5月，歐盟發(fā)起了一項(xiàng)名為UNLOCK的新合作，成為雞毛活動(dòng)的熱點(diǎn)。這項(xiàng)新計(jì)劃旨在從歐洲家禽業(yè)每年產(chǎn)生的360萬(wàn)噸羽毛中提取角蛋白。
該項(xiàng)目由西班牙獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)CIDETEC基金會(huì)管理，該基金會(huì)指出，歐洲只有大約25%的羽毛被重復(fù)利用。在歐盟，被回收的羽毛主要用于飼料和肥料。剩下的就被浪費(fèi)了。
UNLOCK的任務(wù)是捕獲更多的廢物，并將羽毛升級(jí)為種子托盤、非織造紡織品、地膜、水培泡沫和農(nóng)業(yè)、工業(yè)使用的其他材料。
他們還預(yù)計(jì)，當(dāng)產(chǎn)品被生物降解時(shí)，釋放到土壤中的氮會(huì)帶來(lái)好處
