Ученые создали водородную мембрану из куриных перьев — экологическая альтернатива токсичным материалам

Им удалось создать мембрану для водородных топливных элементов из куриных перьев — отхода, который в мировом птицеводстве ежегодно образуется в объеме более 40 миллионов тонн. Обычно эти перья сжигают, что приводит к выбросам углекислого газа и токсичных веществ, в частности диоксида серы. Новая технология позволяет избежать этих вредных последствий и одновременно дает перьям вторую жизнь в энергетической инфраструктуре.

Основой для создания мембраны стал кератин — структурный белок, из которого состоит большинство перьев. Его выделяют с помощью термической и химической обработки, превращают в амилоидные фибриллы, а затем формируют в тонкий слой, способный проводить протоны. Такой слой размещается в центре водородного топливного элемента, между анодом и катодом, и обеспечивает необходимую проводимость. В лабораторных условиях мембрана показала проводимость 6,3 миллизименса на сантиметр, что является достаточным для использования в водородных элементах, устройствах для электролиза воды и даже в протонных транзисторах.

Хотя технология еще находится на стадии прототипа, первые результаты обнадеживающие. Мембрана из перьев обеспечила пиковую плотность мощности 25 милливатт на квадратный сантиметр при работе на водороде и обычном воздухе. Это ниже показателей коммерческих систем, но имеет другие преимущества — низкую стоимость, доступность сырья и биоразлагаемость. Кератин составляет около 90% состава куриных перьев, что делает его дешевым и возобновляемым ресурсом. По данным ETH Zurich, производство таких мембран уже втрое дешевле, чем изготовление традиционных фторполимерных аналогов.

Обычные мембраны, такие как Nafion, содержат перфторированные соединения — PFAS, или «вечные химикаты», которые не разлагаются в природе и связаны с рисками для здоровья. В 2023 году Агентство по охране окружающей среды США предложило ограничения на содержание PFAS в питьевой воде, признав их серьезной угрозой. Мембраны из кератина, напротив, являются биосовместимыми, нетоксичными и экологически безопасными, что соответствует современным требованиям к материалам в сфере чистой энергетики.

Кроме водородных элементов, исследователи протестировали мембрану в процессах электролиза и в протонных полевых транзисторах. Ее способность проводить протоны без добавления кислот или солей открывает перспективы для новых электрохимических применений. Команда уже подала патент и ищет партнеров для масштабирования и коммерциализации технологии. Перед выходом на рынок необходимо подтвердить ее долговечность, химическую стабильность и эффективность в реальных условиях.

Несмотря на раннюю стадию разработки, результаты свидетельствуют: то, что раньше считалось отходами, может стать частью глобального перехода к чистой энергии. Идея использования куриных перьев как элемента водородной инфраструктуры — это пример того, как наука способна превратить проблему в решение, уменьшая расходы и экологический след в процессе декарбонизации энергетических систем.