Đột phá: Nhiên liệu sinh học tạo ra từ vi khuẩn có thể thay thế chất đốt dùng trong ngành hàng không vũ trụ

Các nhà khoa học đã tìm thấy một loại vi khuẩn mới đầy hứa hẹn, và chúng có thể là một giải pháp thay thế cho nhiên liệu đốt trong không gian vũ trụ.

Nhiên liệu hóa thạch là một vấn đề rất lớn đối với môi trường. Mặc dù chúng ta nói rất nhiều về năng lượng mặt trời, ô tô điện và những thứ khác, nhưng đối với một số ngành công nghiệp thì không có nhiều lựa chọn thay thế khả thi. Điều này đặc biệt đúng đối với hàng không vũ trụ, nơi mọi thứ đều cần phải tính toán giữa trọng lượng với hiệu suất - mật độ năng lượng cao của dầu hỏa cũng như các xăng máy bay phản lực khiến chúng trở rất khó thay thế bởi điện hay những loại năng lượng khác.

Theo Space, đã có rất nhiều thử nghiệm tìm cách lấp đầy khoảng trống này. Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, Viện Năng lượng Sinh học Chung, Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương và Đại học California Berkeley, đã nghiên cứu và cố gắng tạo ra một loại vi khuẩn dùng trong sản xuất nhiên liệu phản lực tái tạo, khá giống với cách một số phương tiện chạy bằng diesel sinh học được sản xuất ngày nay.

Nuôi cấy vi khuẩn Streptomyces đã truyền cảm hứng cho một loại nhiên liệu tên lửa mới đầy tiềm năng. Pablo Cruz-Morales, nhà vi sinh vật học tại DTU Biosustain, thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, cho biết: “Trong hóa học, mọi thứ cần năng lượng để tạo ra sẽ giải phóng năng lượng khi nó bị phá vỡ".

Nuôi cấy vi khuẩn Streptomyces đã truyền cảm hứng cho một loại nhiên liệu tên lửa mới đầy tiềm năng. Pablo Cruz-Morales, nhà vi sinh vật học tại DTU Biosustain, thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, cho biết: “Trong hóa học, mọi thứ cần năng lượng để tạo ra sẽ giải phóng năng lượng khi nó bị phá vỡ".

Các nhà nghiên cứu cho biết một loại nhiên liệu sinh học mới được phát triển — dựa trên phân tử kháng nấm do vi khuẩn Streptomyces tạo ra — có thể được sử dụng trong các vụ phóng tên lửa trong tương lai .

"Vì những nhiên liệu này sẽ được sản xuất từ vi khuẩn ăn thực vật, do đó khi đốt chúng trong động cơ sẽ làm giảm đáng kể lượng khí nhà kính bổ sung so với bất kỳ nhiên liệu nào được tạo ra từ dầu mỏ", trưởng dự án Jay Keasling, Giám đốc điều hành của Bộ Năng lượng Viện năng lượng sinh học, cho biết trong một thông cáo báo chí.

Hầu hết các tên lửa ngày nay, như Arianespace Ariane 5, đều sử dụng hydro lỏng và oxy lỏng trong ít nhất một số giai đoạn để giảm tác động đến môi trường. Nhưng một thế hệ nhiên liệu sinh học mới thậm chí có thể làm giảm hơn nữa những tiêu cực liên quan đến các vụ phóng tên lửa, nếu chúng thực hiện đúng lời hứa.

Hầu hết các tên lửa ngày nay, như Arianespace Ariane 5, đều sử dụng hydro lỏng và oxy lỏng trong ít nhất một số giai đoạn để giảm tác động đến môi trường. Nhưng một thế hệ nhiên liệu sinh học mới thậm chí có thể làm giảm hơn nữa những tiêu cực liên quan đến các vụ phóng tên lửa, nếu chúng thực hiện đúng lời hứa.

Nhiều động cơ tên lửa ngày nay đốt cháy oxy lỏng và hydro lỏng làm chất đẩy. Nhưng ngay cả sự kết hợp tương đối "xanh" này cũng thải ra một lượng khí nhà kính tương đối lớn.

Với số lượng ngày càng nhiều các nghiên cứu tập trung vào các vụ phóng tên lửa và tác động của chúng lên bầu khí quyển của Trái đất, một số chuyên gia môi trường cho rằng tàu bay vũ trụ cần phải có một nguồn năng lượng mới — đặc biệt là khi số lượng các vụ phóng tăng lên. Trong khi một số người ủng hộ khám phá khác chỉ ra rằng không gian có lượng khí thải carbon tương đối nhỏ so với các ngành công nghiệp khác, ta vẫn cần hạn chế thải khí nhà kính bất cứ khi nào có thể.

"Chúng tôi được thúc đẩy bởi nhu cầu cấp thiết về nhiên liệu thay thế có thể thay thế nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ. Chúng tôi tin rằng đây là một bước rất quan trọng để làm chậm tốc độ biến đổi khí hậu", Pablo Cruz-Morales, nhà vi sinh vật học tại DTU Biosustain, thuộc Đại học Kỹ thuật Đan Mạch, đồng thời là tác giả của nghiên cứu mới cho biết.

Nhóm nghiên cứu cho biết, nhiên liệu sinh học điều khiển bằng vi khuẩn có khả năng thúc đẩy tên lửa vượt qua những giới hạn hiện tại của chúng. Các phân tử chính được gọi là POP-FAME, viết tắt của "polycylcopropanated axit béo metyl este".

Cấu trúc của các phân tử này bao gồm các vòng cacbon ba, hình tam giác làm căng các liên kết cacbon-cacbon thành một góc 60 độ. Biến dạng này tạo ra năng lượng đốt cháy tiềm năng cao và cấu trúc bất thường cũng cho phép các phân tử nhiên liệu nén thành một thể tích tương đối nhỏ, các nhà nghiên cứu cho biết.

"Có thể tạo ra nhiên liệu polycyclopropanated bằng cách sử dụng vi khuẩn. Điều này ngụ ý rằng những nhiên liệu này, vốn rất khó sản xuất bằng hóa học truyền thống, có thể được sản xuất bằng quy trình lên men một cách bền vững", Pablo Cruz-Morales nói thêm.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng nhiên liệu mà họ tạo ra sẽ hoạt động theo cách tương tự như dầu diesel sinh học. Khi vi khuẩn tiêu thụ glucose và axit amin, chúng sẽ phá vỡ cấu trúc và biến thức ăn thành các khối xây dựng cơ bản cho liên kết carbon-carbon, tương tự như cách cơ thể con người sản xuất và lưu trữ chất béo.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng nhiên liệu mà họ tạo ra sẽ hoạt động theo cách tương tự như dầu diesel sinh học. Khi vi khuẩn tiêu thụ glucose và axit amin, chúng sẽ phá vỡ cấu trúc và biến thức ăn thành các khối xây dựng cơ bản cho liên kết carbon-carbon, tương tự như cách cơ thể con người sản xuất và lưu trữ chất béo.

POP-FAME đặc biệt có cấu trúc gần với nhiên liệu tên lửa dựa trên dầu mỏ thử nghiệm, điều đó cho thấy rằng các phân tử do vi khuẩn tạo ra này có thể là một giải pháp thay thế khả thi. Giai đoạn tiếp theo trong quá trình phát triển nhiên liệu tên lửa sẽ là sản xuất đủ phân tử cho các thử nghiệm hiện trường, thường yêu cầu ít nhất 22 pound (10 kg).

Nhóm nghiên cứu hiện đang làm việc để tăng hiệu quả sản xuất của vi khuẩn để thử nghiệm quá trình đốt cháy và tạo ra các phân tử có độ dài khác nhau để ứng dụng thay thế nhiên liệu rắn, nhiên liệu máy bay và dầu diesel. Xa hơn nữa trong tương lai, các nhà khoa học hy vọng sẽ sử dụng thực phẩm từ thực vật phế thải như một nguồn để làm cho quá trình tạo nhiên liệu trở nên trung tính với cacbon.

Tham khảo Space; Zmescience

Nguồn Tổ Quốc: https://toquoc.vn/dot-pha-nhien-lieu-sinh-hoc-tao-ra-tu-vi-khuan-co-the-thay-the-chat-dot-dung-trong-nganh-hang-khong-vu-tru-7202287154426295.htm