Pin sinh học (Bio-battery) từ vi khuẩn – Bước tiến mới cho năng lượng xanh [1] Trong nỗ lực
Pin sinh học (Bio-battery) từ vi khuẩn – Bước tiến mới cho năng lượng xanh
[1] Trong nỗ lực tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế nhằm giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, công nghệ pin sinh học (Bio-battery) nổi lên như một hướng đi đầy triển vọng. Khác với các loại pin hóa học truyền thống, pin sinh học tận dụng khả năng chuyển hóa kỳ diệu của vi sinh vật để trực tiếp sản sinh điện năng, mở ra một kỷ nguyên mới cho năng lượng xanh và bền vững.
[2] Trái tim của công nghệ này là các loài vi khuẩn điện sinh (exoelectrogenic bacteria), tiêu biểu như Geobacter sulfurreducens và Shewanella oneidensis. Trong quá trình trao đổi chất, khi phân giải các hợp chất hữu cơ (như đường hoặc các phân tử hữu cơ phức tạp khác), các vi khuẩn này thực hiện một cơ chế đặc biệt gọi là "hô hấp ngoài tế bào". Thay vì truyền electron cho oxy như trong hô hấp thông thường, chúng giải phóng các electron ra môi trường bên ngoài tế bào.
[3] Cấu tạo của một pin sinh học điển hình bao gồm hai ngăn: ngăn anốt (cực âm) và ngăn cathode (cực dương). Tại ngăn anode, vi khuẩn bám vào bề mặt điện cực và tạo thành một màng sinh học (biofilm). Khi tiêu thụ "thức ăn" từ dung dịch nuôi cấy, chúng giải phóng electron và proton (H+). Electron được dẫn qua mạch ngoài tới điện cực dương để tạo thành dòng điện, trong khi proton khuếch tán qua một màng ngăn ion để kết hợp với oxy tại cực dương, tạo thành nước.
[4] Dù đang ở giai đoạn phát triển, tiềm năng ứng dụng của pin sinh học là vô cùng rộng lớn, trải dài trên nhiều lĩnh vực then chốt:
Y sinh học: Nhờ tính tương thích sinh học cao, pin sinh học có thể tích hợp vào các thiết bị cấy ghép như máy tạo nhịp tim hoặc cảm biến đường huyết. Chúng có thể tận dụng chính nguồn glucose trong cơ thể bệnh nhân làm nhiên liệu, loại bỏ nhu cầu phẫu thuật thay pin định kỳ.
Giám sát môi trường: Tại các vùng sâu vùng xa hoặc dưới đáy đại dương, nơi việc thay thế pin truyền thống là bất khả thi, các cảm biến sử dụng pin sinh học có thể hoạt động bền bỉ bằng cách khai thác chất hữu cơ từ bùn đất hoặc trầm tích.
Xử lý rác thải: Một hướng đi đầy táo bạo là xây dựng các hệ thống xử lý nước thải kết hợp phát điện. Tại đây, vi khuẩn vừa đóng vai trò làm sạch nguồn nước bằng cách tiêu thụ chất hữu cơ, vừa tạo ra điện năng phục vụ chính vận hành của nhà máy.
[5] Mặc dù sở hữu nhiều ưu điểm về độ an toàn và tính thân thiện với môi trường, pin sinh học vẫn đang đối mặt với những thách thức lớn về mặt kỹ thuật. Mật độ năng lượng (công suất trên một đơn vị diện tích) của chúng hiện vẫn thấp hơn đáng kể so với pin Lithium-ion. Bên cạnh đó, việc duy trì sự ổn định của quần thể vi khuẩn trong các điều kiện môi trường biến động cũng là một bài toán khó đối với các nhà khoa học.
[6] Tuy nhiên, sự giao thoa giữa công nghệ sinh học, khoa học vật liệu và kỹ thuật nano đang hứa hẹn những đột phá mới. Việc biến đổi gen để tạo ra các chủng vi khuẩn "siêu dẫn" hay chế tạo các điện cực từ vật liệu nano carbon có diện tích bề mặt lớn đang dần tối ưu hóa hiệu suất thu hồi electron.
Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu toàn cầu, pin sinh học không chỉ đơn thuần là một giải pháp kỹ thuật, mà còn là minh chứng cho sự hài hòa giữa công nghệ hiện đại và quy luật tự nhiên, hứa hẹn trở thành một cột trụ trong hệ sinh thái năng lượng tái tạo tương lai.
(Nguồn tham khảo: Nature Energy, ScienceDirect, MIT News)
Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 dưới đây:
Theo bài đọc, sự khác biệt cốt lõi giữa pin sinh học và pin hóa học truyền thống là gì?
Đáp án đúng là: B
Tìm kiếm thông tin trực tiếp tại đoạn [1].
Đáp án cần chọn là: B
Trong cơ chế "hô hấp ngoài tế bào" của vi khuẩn điện sinh, electron được giải phóng đi đâu?
Đáp án đúng là: C
Phân tích cơ chế tại đoạn [2].
Đáp án cần chọn là: C
Kéo các thành phần sau vào đúng vị trí tương ứng với vai trò của chúng trong cấu tạo pin sinh học:
Ngăn Anode (Cực âm) -
Ngăn Cathode (Cực dương) -
Màng ngăn ion -
Đáp án đúng là: Nơi vi khuẩn bám vào tạo màng sinh học và giải phóng electron.; Nơi electron kết hợp với oxy để tạo thành nước.; Nơi proton (H+) khuếch tán qua để sang ngăn đối diện.
Tổng hợp thông tin từ đoạn [3] về cấu tạo pin.
Đáp án cần chọn là: Nơi vi khuẩn bám vào tạo màng sinh học và giải phóng electron.; Nơi electron kết hợp với oxy để tạo thành nước.; Nơi proton (H+) khuếch tán qua để sang ngăn đối diện.
Dựa vào đoạn [4], nhận định sau đây là Đúng hay Sai?
“Tại đáy đại dương, pin sinh học lấy năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ nước biển.”
Đáp án đúng là: B
Đối chiếu từng ý với các ví dụ ứng dụng trong đoạn [4].
Đáp án cần chọn là: B
Điền từ/cụm từ thích hợp vào chỗ trống để hoàn thành nhận định sau:
Mặc dù an toàn, thách thức lớn nhất của pin sinh học so với pin Lithium-ion hiện nay là ___________ thấp và khó duy trì sự ổn định của quần thể vi khuẩn.
Đáp án đúng là: mật độ năng lượng
Quét từ khóa trong đoạn [5].
Đáp án cần điền là: mật độ năng lượng
Theo đoạn [6], công nghệ nào sau đây được kỳ vọng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất thu hồi electron? (Chọn tất cả các đáp án đúng)
Đáp án đúng là: A; C
Đọc hiểu các giải pháp đột phá ở đoạn [6].
Đáp án cần chọn là: A; C
Tại sao việc sử dụng pin sinh học trong các thiết bị cấy ghép y tế lại giúp "loại bỏ nhu cầu phẫu thuật thay pin định kỳ"?
Đáp án đúng là: C
Suy luận logic từ thông tin "Y sinh học" ở đoạn [4].
Đáp án cần chọn là: C
Nối các thuật ngữ/thành phần ở cột A với đặc điểm/chức năng tương ứng ở cột B:
Đáp án đúng là: 1-b; 2-c; 3-a
Tra cứu các thuật ngữ tại đoạn [2] và [3].
Đáp án cần chọn là: 1-b; 2-c; 3-a
Ý nào sau đây có thể là một trở ngại đối với việc ứng dụng pin sinh học tại các vùng có khí hậu cực đoan (quá nóng hoặc quá lạnh)?
Đáp án đúng là: B
Suy luận từ thông tin thách thức ở đoạn [5].
Đáp án cần chọn là: B
Thông điệp chính mà tác giả muốn gửi gắm qua đoạn văn cuối là gì?
Đáp án đúng là:
Khái quát nội dung đoạn kết.
Đáp án cần chọn là:
Quảng cáo
Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí
>> 2K8 Chú ý! Lộ Trình Sun 2026 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi (Luyện thi 26+ TN THPT, 90+ ĐGNL HN, 900+ ĐGNL HCM, 70+ ĐGTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com.Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, luyện thi theo 3 giai đoạn: Nền tảng lớp 12, Luyện thi chuyên sâu, Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Hỗ trợ - Hướng dẫn
-
024.7300.7989
-
1800.6947
(Thời gian hỗ trợ từ 7h đến 22h)
Email: lienhe@tuyensinh247.com
