Một nghiên cứu mới từ Đại học Illinois Urbana-Champaign (Mỹ) đã tìm ra cách tận dụng vỏ bưởi để phát triển các thiết bị có thể tạo ra điện, và theo dõi chuyển động sinh học của con người.

Nguồn năng lượng tiềm năng trong vỏ bưởi

Theo giáo sư Yi-Cheng Wang, đồng tác giả nghiên cứu thuộc khoa khoa học thực phẩm và dinh dưỡng nhân học, Đại học Illinois, vỏ bưởi gồm hai phần chính: lớp ngoài mỏng và lớp trong dày màu trắng. Phần trắng có kết cấu mềm, xốp như miếng bọt biển. 

"Một số người đã dùng vỏ bưởi để chiết xuất tinh dầu hoặc pectin, nhưng chúng tôi muốn tận dụng kết cấu xốp tự nhiên này.

Nếu có thể tái chế vỏ bưởi thành sản phẩm có giá trị cao hơn thay vì vứt bỏ, chúng ta không chỉ giảm lượng rác thải từ quá trình sản xuất, tiêu thụ và chế biến nước bưởi mà còn tạo ra giá trị từ nguồn phế phẩm nông nghiệp và thực phẩm", ông Wang nói.

Trung bình một quả bưởi nặng 1-2kg, trong đó 30-50% trọng lượng là vỏ. Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tách phần vỏ khỏi thịt quả, loại bỏ lớp ngoài cùng, sau đó cắt phần vỏ trắng dày thành các mảnh nhỏ và sấy lạnh để bảo toàn cấu trúc xốp ba chiều tự nhiên.

Những mẫu vỏ bưởi này sau đó được lưu trữ dưới nhiều điều kiện độ ẩm khác nhau để phân tích đặc tính hóa học và cơ học.

Tận dụng vỏ bưởi để tạo điện

Dựa trên nguyên lý điện hóa tiếp xúc, nhóm nghiên cứu đã sử dụng vỏ bưởi để chế tạo thiết bị có khả năng chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng và hoạt động như một cảm biến chuyển động tự cấp điện.

"Điện hóa tiếp xúc là hiện tượng xảy ra hằng ngày trong cuộc sống. Ví dụ, khi chúng ta chạm vào tay nắm cửa vào mùa đông, có thể cảm nhận được một cú giật nhẹ do tĩnh điện. Khi hai vật liệu cọ xát với nhau, các điện tích sẽ dịch chuyển, tạo ra điện. Chúng tôi muốn khai thác và tận dụng nguồn điện này", giáo sư Wang giải thích.

Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã dùng vỏ bưởi sấy khô kết hợp với một lớp màng nhựa polyimide, tạo thành hai lớp tribo-điện khi có tác động từ bên ngoài. Hai lớp này được gắn các điện cực bằng lá đồng để đánh giá hiệu suất chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng.

Kết quả cho thấy chỉ cần dùng ngón tay chạm nhẹ vào thiết bị, nó có thể thắp sáng khoảng 20 đèn LED. Nhóm nghiên cứu cũng chứng minh rằng một chiếc máy tính cầm tay hoặc đồng hồ thể thao có thể hoạt động hoàn toàn nhờ nguồn điện sinh ra từ thiết bị này nếu được tích hợp với hệ thống quản lý năng lượng và bộ lưu trữ điện.

Nhờ kết cấu xốp tự nhiên của vỏ bưởi, các thiết bị có thể tạo điện và có độ nhạy cao với lực tác động và tần số lực. Điều này đã truyền cảm hứng cho nhóm nghiên cứu phát triển các cảm biến theo dõi chuyển động sinh học.

Khi được gắn lên cơ thể người, các cảm biến này có thể giám sát các chuyển động khớp, dáng đi và hoạt động cơ thể. Ứng dụng này có tiềm năng lớn trong lĩnh vực y tế, giúp các chuyên gia phục hồi chức năng và theo dõi sức khỏe một cách chính xác.

Theo giáo sư Wang, nghiên cứu này mở ra những cơ hội thú vị để biến rác thải thực phẩm thành các thiết bị và vật liệu có giá trị cao. Bằng cách thay thế hoặc bổ sung cho các sản phẩm không tái tạo, đồng thời giảm thiểu lượng rác thải, chúng ta có thể đóng góp đáng kể vào sự phát triển bền vững trong dài hạn.

Gạch tạo ra điện qua mỗi bước chân

Ngành dịch vụ khách sạn hằng năm đều thải ra lượng nhựa khá lớn, tiêu tốn nhiều năng lượng. Có cách nào để khắc phục điều này?