Eine Wasserstoff-Brennstoffzellenlösung für eine Welt voller Federn

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Die drohende Hühnerfederkrise erregt endlich Aufmerksamkeit in der Wissenschaft, da Forscher nach Möglichkeiten suchen, Bündel verschmutzter, nasser Federabfälle nach wertvollem Keratinprotein zu abbauen. In einer der neuesten Entwicklungen hat ein Team der ETH Zürich und der Nanyang Technological University Singapore Fans eine maßgeschneiderte Form von Keratin verwendet, um biobasierte Membranen für emissionsfreie Wasserstoff-Brennstoffzellen herzustellen.

Hühnerfedern können eine starke Wirkung auf Wasserstoff-Brennstoffzellen haben

Auf globaler Ebene schätzt das ETH/Nanyang-Forschungsteam, dass jedes Jahr 40 Millionen Tonnen Hühnerfedern verbrannt werden, weil es keine bessere Möglichkeit gibt, sie zu verarbeiten.

Das Team hat etwas Besseres gefunden, was man mit ihnen machen kann. Allerdings ist die Verwendung von Keratin zur Herstellung von Membranen für Wasserstoff-Brennstoffzellen angesichts der anspruchsvollen Umgebung einer Brennstoffzelle nicht so einfach, wie es sich anhört.

Bevor es zu Membranen verarbeitet wurde, verarbeiteten die Forscher ihr aus Federn gewonnenes Keratin in Form extrem feiner Fasern, sogenannter Amyloidfibrillen. Wenn Ihnen das bekannt vorkommt, denken Sie vielleicht an die Amyloidfibrillen, die sich auf Organen und Geweben im menschlichen Körper ablagern und typischerweise auf einen pathologischen Zustand hinweisen.

Wie unser Freund von den US-amerikanischen National Institutes of Health erklärte, werden Amyloidfibrillen unter anderem mit der Rinderwahnsinnskrankheit in Verbindung gebracht. Allerdings haben sie auch eine geheime Superkraft.

„Amyloidfibrillen sind äußerst stabil und resistent gegen Abbau. Sie wurden als solche beschrieben eine ähnliche Zugfestigkeit wie Stahleine Eigenschaft, die sie mit ihrem strukturellen Cousin Seide teilen“, stellt NIH fest.

Das erklärt, warum die neue biobasierte Membran aus Hühnerfedern in der rauen Welt der Wasserstoff-Brennstoffzellen zu Hause ist. Brennstoffzellen erzeugen Strom durch eine Reaktion zwischen Wasserstoff und Umgebungssauerstoff, gesteuert durch einen Katalysator. Die Membran in einer Brennstoffzelle spielt eine zentrale Rolle und sollte ihr besser gewachsen sein.

“Es [the membrane] lässt Protonen durch, blockiert aber Elektronen und zwingt sie, durch einen externen Stromkreis von der negativ geladenen Anode zur positiv geladenen Kathode zu fließen und so einen elektrischen Strom zu erzeugen“, erklärt die ETH.

Mehr Hühnerfedern für mehr Wasserstoff-Brennstoffzellen

Was man mit den übrig gebliebenen Federn machen soll, ist eine gute Frage. Laut ETH bestehen Hühnerfedern zu 90 % aus Keratin. Damit bleiben immer noch 10 % der 40 Millionen Tonnen Post-Keratin-Abfälle übrig, die jedes Jahr entsorgt werden müssen.

Abgesehen davon ist das ETH/Nanyang-Team nicht die einzige Gruppe, die sich für die Anwendung von Hühnerfedern in Wasserstoffbrennstoffzellen interessiert.

Im Jahr 2009 CleanTechnica wurde zur Kenntnis genommen, als ein Forscherteam der University of Delaware ein bescheidenes Stipendium für den Einsatz von Keratin aus Hühnerfedern als Wasserstoffspeichermedium für Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge erhielt.

Die Forscher haben sich zum Ziel gesetzt, die Benchmarks des Energieministeriums hinsichtlich Kosten und Kapazität zu erfüllen. Hühnerfedern waren eine gute Wahl, auch weil die Verwendung eines biobasierten Materials dazu beitragen könnte, Kosten zu senken, die andere Materialien belasten, einschließlich der Kosten für die Entsorgung am Ende ihrer Lebensdauer.

“Um es zu lösen das H2-Speicherproblem in Brennstoffzellenautos„Es wurden verschiedene Arten nanostrukturierter Materialien untersucht und hergestellt, von denen keines diese Ziele vollständig erfüllen konnte“, stellte das Team fest. „Ihre Entsorgungsmethoden und Abbaubarkeit sind immer noch ein großes Fragezeichen. Darüber hinaus sind die Preise dieser Materialien extrem hoch.“

Aufbau eines besseren Wasserstoffspeichersystems

Das UD-Team unterzog sein aus Federn gewonnenes Keratin einer hohen Hitzebehandlung, um es für die Wasserstoffspeicherung zu karbonisieren. Das Endergebnis war ein Material mit einer viel größeren Oberfläche als rohe Keratinfasern.

„Wenn Hühnerfedern auf Keratinbasis durch kontrollierte Pyrolyse wärmebehandelt werden, entstehen hohle Kohlenstoffmikroröhren mit nanoporösen Wänden“, erklärte das Team. „Ihre Oberfläche vergrößert sich durch die Bildung von Fraktalen und Mikroporen erheblich und ermöglicht so eine stärkere Wasserstoffadsorption als unbehandelte Federfasern.“

Diese besondere Idee scheint bei UD auf der Strecke geblieben zu sein, aber andere haben sie aufgegriffen. Im Jahr 2019 veranstaltete das Institut für Physik beispielsweise einen Vortrag zum Thema karbonisierte Hühnerfedern als Wasserstoffspeichermedium.

Eine Hühnerfeder, um sie alle zu beherrschen

Wasserstoff-Brennstoffzellen sind nur ein Zweig der Hühnerfeder-Saga.

Das US-Landwirtschaftsministerium hat bereits seit dem Jahr 2000 nach einer Lösung für die Hühnerfederkrise gesucht, als es einen Versuch prüfte, Federn für alles von Filtern und Windeln bis hin zu Isolierungen und Polsterpolstern aufzubereiten.

Diese Idee scheint irgendwo verloren gegangen zu sein, aber 2009 untersuchten USDA-Forscher die Idee der Herstellung biologisch abbaubare Blumentöpfe aus Hühnerfedern. Hühnerfedern sind eine wichtige Quelle für Stickstoff und Keratin. Die Idee besteht darin, die Töpfe am Ende ihrer Lebensdauer zu kompostieren.

Karbonisierte Hühnerfedern wurden auch für zahlreiche andere Verwendungszwecke untersucht, darunter EV-Batterien Und biobasierte Kunststoffe.

Die Suche nach einer Upcycling-Lösung umfasst auch den Einsatz von aus Federn gewonnenen Proteinen zur Herstellung von Textilien. Letztes Jahr ein Forschungsteam in Nebraska berichteten von erheblichen Fortschritten bei ihrem Feder-zu-Textil-Projekt, obwohl weiterhin Herausforderungen bestehen.

Letztes Jahr veröffentlichte ein multinationales Forschungsteam außerdem eine Studie über die Verwendung von Hühnerfedern als relativ kostengünstige, biobasierte Quelle für wasserfeste Beschichtungen für Lebensmittelverpackungen.

Europäische Union ist entschlossen, die Hühnerfederkrise zu lösen

Die EU entwickelte sich im vergangenen Mai zu einem Hotspot der Hühnerfeder-Aktivitäten, als sie eine neue Zusammenarbeit namens UNLOCK startete. Die neue Initiative zielt darauf ab, Keratin aus dem zu extrahieren 3,6 Millionen Tonnen Federn erzeugt die europäische Geflügelindustrie jedes Jahr.

Das Projekt wird von der spanischen unabhängigen Forschungsorganisation CIDETEC Foundation verwaltet, die feststellt, dass nur etwa 25 % der europäischen Federn wiederverwendet werden. Futtermittel und Düngemittel sind die Hauptverwendungszwecke für geborgene Federn in der EU. Der Rest wird verschwendet.

UNLOCK hat es sich zur Aufgabe gemacht, mehr Abfall einzufangen und Federn zu Saatschalen, Vliesstoffen, Mulchfolien, Hydrokulturschäumen und anderen in der Landwirtschaft verwendeten Materialien zu recyceln.

Sie erwarten auch Vorteile am Lebensende durch den Stickstoff, der beim biologischen Abbau der Produkte in den Boden freigesetzt wird.

Wasserstoff-Brennstoffzellen: Die nächste Generation

Die UNLOCK-Initiative soll im Jahr 2025 abgeschlossen sein. Bleiben Sie also auf dem Laufenden, um mehr darüber zu erfahren. Unterdessen geht die Suche nach nachhaltigeren Materialien für Wasserstoff-Brennstoffzellen weiter.

Der Wasserstoffteil der Gleichung beginnt, unter Kontrolle zu kommen. Erdgas ist immer noch die Hauptquelle der globalen Versorgung, es entstehen jedoch auch alternative Quellen wie Wasser und Biomasse (siehe viel mehr). CleanTechnica Berichterstattung hier).

Die Suche nach Alternativen für die Membranen, die in Wasserstoff-Brennstoffzellen verwendet werden, ist eine ganz andere Herausforderung. Das proprietäre Polymer Nafion ist seit seiner Erfindung in den 1960er-Jahren der Star. Die Marke gehört Chemoursdas 2015 aus DuPont ausgegliedert wurde.

Wo ist der Kongress?

Natürlich wäre keine Geschichte über Hühnerfedern und Wasserstoff-Brennstoffzellen vollständig, ohne das US-Repräsentantenhaus zu erwähnen, wo die republikanische Mehrheit den Wahnsinnigen die Leitung der Anstalt übertragen hat.

Republikanische Kongressabgeordnete haben am 4. Oktober den Abgeordneten Kevin McCarthy aus dem überaus wichtigen Amt des Sprechers entlassen, und das Repräsentantenhaus kann keine normalen Geschäfte führen, bis es ihn ersetzt, wozu es offenbar entschlossen ist, es nicht zu tun.

Das ist alles schön und gut für jedes Mitglied des Kongresses, das die mächtigste Demokratie der modernen Welt zunichtemachen will (Spoiler-Alarm: alle diese Republikaner), aber der Rest von uns würde gerne wissen, wie lange diese Leute damit rechnen, ihr Gehalt von uns Steuerzahlern einzutreiben, ohne tatsächlich zu arbeiten.

Bild: Neue biobasierte Membran für Wasserstoff Brennstoffzellen Mit freundlicher Genehmigung der ETH/Nanyang.

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