Chuyển động của vi khuẩn làm quay tuabin và tạo ra điện

Hãy tưởng tượng vào một ngày nào đó trong tương lai, các bồn chất lỏng chứa đầy những vi khuẩn sống lúc nhúc sẽ trở thành các nguồn cung cấp năng lượng quy mô nhỏ.

Các chương trình mô phỏng trên máy tính đã chỉ ra rằng những thiết bị tương tự như tuabin gió hiện nay có thể được dùng để thu hoạch năng lượng của những con vi khuẩn hoạt động hỗn loạn theo những chiều xoáy khác nhau. Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng để cung cấp cho những máy móc có kích thước nhỏ như robot, điện thoại hoặc dùng để bơm chất lỏng qua các rãnh nhỏ. Trong quá trình mô phỏng, vi khuẩn có xu hướng tự bơi một cách trật tự xung quanh các trụ tuabin. Những tuabin này sau đó sẽ quay đều và tạo ra dòng điện nhỏ.

Những nghiên cứu trước đây đã khai thác năng lượng chuyển động hỗn loạn của vi khuẩn trong chất lỏng bằng cách sử dụng các bánh răng không đối xứng. Nhưng kết quả mới cho thấy rằng một hệ thống đơn giản hơn rất nhiều cũng có thể mang đến cùng một mức hiệu quả tương tự. Điều này sẽ khiến cho việc lắp đặt và xây dựng thiết bị này với số lượng lớn trong tương lai sẽ trở nên thuận lợi hơn rất nhiều

"Bạn không cần phải làm việc với quá nhiều các bánh răng phức tạp. Hệ thống mới này chỉ cần các rãnh nhỏ, đơn giản và hiệu quả", nhà lý sinh học và đồng tác giả của công trình nghiên cứu, ông Tyler Shendruk đến từ Đại học Oxford cho biết. Kỹ thuật này sẽ giúp tránh việc phải sản xuất các loại bánh răng nhỏ với hình dạng vô cùng phức tạp.

Mô phỏng hoạt động của dòng chảy vi khuẩn qua những tuabin siêu nhỏ. (Nguồn ảnh: sciencenews. org).

Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng hoạt động của những loại chất lỏng chứa đầy những hạt tự hành. Chúng còn được gọi là chất lỏng hoạt động dày đặc. Những loại chất lỏng như thế này có thể được tạo thành từ các bể vi khuẩn hoặc động cơ sinh học được tìm thấy trong các tế bào - ví dụ như protein myosin và actin gây co cơ. Những dung dịch như vậy hoạt động rất hỗn loạn. Mỗi hạt hoạt động với tốc độ nhanh và tùy hứng. Điều này khiến cho chúng ta rất khó dự đoán hoặc điều khiển dòng chảy. Vì thế, thật sự là một thách thức cho các nhà khoa học để tạo ra năng lượng từ những chất lỏng như thế này. "Chúng vô cùng hỗn loạn, vì vậy bạn không thể sử dụng chúng để làm bất cứ điều gì hữu ích vì chúng tạo thành các dòng chảy ngẫu nhiên", Shendruk nói.

Nhưng khi Shendruk và các đồng nghiệp bổ sung vào bể chất lỏng một mạng lưới các động cơ quay hình trụ, mỗi chiếc có đường kính vài phần trăm milimet, họ phát hiện ra rằng vi khuẩn sẽ tự tổ chức lại và chuyển động theo cùng một hướng. Từ đó tạo thành một dòng chảy tròn xung quanh động cơ quay. Chuyển động này sẽ được sử dụng để tạo ra năng lượng điện nhưng với cường độ khá nhỏ.

Các nhà khoa học đã nhắm đến vi khuẩn từ lâu nhằm biến chúng trở thành nguồn cung cấp năng lượng cho con người vì số lượng quá mức đông đúc của chúng.

Các nhà khoa học thuộc trường Đại học East Anglia (Anh), đã lần đầu tiên phát hiện được cơ chế phát ra điện từ các tế bào của vi khuẩn. Phát hiện này mở ra triển vọng phát triển các nhà máy điện sinh học, thu nạp điện tích từ tế bào của hàng tỷ các vi khuẩn.

Tiến sĩ Tom Clarke, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: "Cùng với năng lượng từ gió và Mặt trời, sản xuất điện sinh học từ vi khuẩn là một nguồn năng lượng sạch. Tuy nhiên, sản xuất điện từ vi khuẩn tạo ra nguồn điện liên tục hơn và không không phụ thuộc nhiều vào yếu tố tự nhiên như sản xuất điện từ năng lượng gió và Mặt trời".