Вчені створили водневу мембрану з курячого пір'я — екологічна альтернатива токсичним матеріалам

Їм вдалося створити мембрану для водневих паливних елементів із курячого пір'я — відходу, який у світовому птахівництві щороку утворюється в обсязі понад 40 мільйонів тонн. Зазвичай це пір'я спалюють, що спричиняє викиди вуглекислого газу та токсичних речовин, зокрема діоксиду сірки. Нова технологія дозволяє уникнути цих шкідливих наслідків і водночас дає пір'ю друге життя в енергетичній інфраструктурі.

Основою для створення мембрани став кератин — структурний білок, з якого складається більшість пір'я. Його виділяють за допомогою термічної та хімічної обробки, перетворюють на амілоїдні фібрили, а потім формують у тонкий шар, здатний проводити протони. Такий шар розміщується в центрі водневого паливного елемента, між анодом і катодом, і забезпечує необхідну провідність. У лабораторних умовах мембрана показала провідність 6,3 мілізіменса на сантиметр, що є достатнім для використання у водневих елементах, пристроях для електролізу води та навіть у протонних транзисторах.

Хоча технологія ще перебуває на стадії прототипу, перші результати обнадійливі. Мембрана з пір'я забезпечила пікову щільність потужності 25 міліват на квадратний сантиметр при роботі на водні та звичайному повітрі. Це нижче за показники комерційних систем, але має інші переваги — низьку вартість, доступність сировини та біорозкладність. Кератин становить близько 90% складу курячого пір'я, що робить його дешевим і поновлюваним ресурсом. За даними ETH Zurich, виробництво таких мембран уже втричі дешевше, ніж виготовлення традиційних фторполімерних аналогів.

Звичайні мембрани, як-от Nafion, містять перфторовані сполуки — PFAS, або «вічні хімікати», які не розкладаються в природі та пов’язані з ризиками для здоров’я. У 2023 році Агентство з охорони довкілля США запропонувало обмеження на вміст PFAS у питній воді, визнавши їх серйозною загрозою. Мембрани з кератину, навпаки, є біосумісними, нетоксичними та екологічно безпечними, що відповідає сучасним вимогам до матеріалів у сфері чистої енергетики.

Окрім водневих елементів, дослідники протестували мембрану в процесах електролізу та в протонних польових транзисторах. Її здатність проводити протони без додавання кислот чи солей відкриває перспективи для нових електрохімічних застосувань. Команда вже подала патент і шукає партнерів для масштабування та комерціалізації технології. Перед виходом на ринок необхідно підтвердити її довговічність, хімічну стабільність і ефективність у реальних умовах.

Попри ранню стадію розробки, результати свідчать: те, що раніше вважалося відходами, може стати частиною глобального переходу до чистої енергії. Ідея використання курячого пір'я як елемента водневої інфраструктури — це приклад того, як наука здатна перетворити проблему на рішення, зменшуючи витрати та екологічний слід у процесі декарбонізації енергетичних систем.