Sinh viên làm pin từ bã cà phê

Ý tưởng và sản phẩm độc đáo này lại không đến từ các sinh viên kỹ thuật mà từ những bạn đang theo học các chuyên ngành thuộc nhóm kinh tế, quản trị kinh doanh, marketing…

Pin từ bã cà phê là sản phẩm của nhóm sinh viên từ Trường Quốc tế (Đại học Quốc gia Hà Nội). Mới đây sản phẩm đã giành ngôi vị quán quân cuộc thi "Ý tưởng sáng tạo - khởi nghiệp Istartup 2025".

Ý tưởng mới

Nguyễn Anh Khoa - chuyên ngành tài chính và kế toán, sáng lập dự án - cho biết nhóm nghiên cứu nhận thấy năng lượng điện trong bã cà phê bởi trong thành phần có chứa nhiều hợp chất hữu cơ giàu carbon như xenlulo, hemixenlulo và lignin. 

Tuy nhiên để sử dụng làm vật liệu điện cực trong pin sinh học hoặc các thiết bị lưu trữ năng lượng, bã cà phê cần được xử lý và chuyển hóa thành các dạng vật liệu carbon hoạt tính.

Những vật liệu này có khả năng dẫn điện tốt và thân thiện với môi trường, phù hợp làm nền tảng cho việc chế tạo điện cực. "Chúng tôi dựa trên nguyên lý hoạt động của pin sinh học, nơi các vi sinh vật hoặc enzym phân hủy các chất hữu cơ để tạo ra dòng điện và thấy rằng bã cà phê có tiềm năng làm nguyên liệu đầu vào cho quá trình này", Khoa nói.

Một trong những tham khảo nổi bật là công trình của nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Indonesia do GS Anne Zulfia Syahrial dẫn dắt. Nhóm này đã thành công trong việc chế tạo pin lithium titanate oxide (LTO) từ việc kết hợp than hoạt tính sản xuất từ vỏ dừa và vật liệu graphite thu được từ bã cà phê. 

Loại pin này không chỉ nhẹ hơn - giảm từ khoảng 500kg xuống còn 200kg đối với xe điện - mà còn rút ngắn thời gian sạc đầy từ 2 giờ xuống chỉ còn 30 phút.

Thế là nhóm bắt tay vào thực hiện dự án. Sinh viên Nguyễn Thị Minh Trang, chuyên ngành tài chính và kế toán, đảm nhiệm nhiệm vụ nghiên cứu và phân tích sản phẩm. Trang giải thích dự án được triển khai theo quy trình gồm năm giai đoạn từ nghiên cứu đến vận hành sản phẩm. 

Ban đầu nhóm tiến hành khảo sát các tài liệu khoa học về pin sinh khối, thu thập và xử lý bã cà phê, đồng thời trang bị các thiết bị cần thiết như lò nung, máy nghiền. Tiếp đó nhóm thực hiện quá trình nhiệt phân bã cà phê để tạo vật liệu biochar, phân tích và tối ưu hóa cấu trúc, diện tích bề mặt nhằm đạt hiệu suất cao nhất.

Từ vật liệu này nhóm chế tạo và kiểm tra điện cực, tạo anode phủ lên lá đồng, đảm bảo tính dẫn điện và độ bám dính trước khi lắp ráp pin thử nghiệm đầy đủ các thành phần cathode, anode, electrolyte và separator để đánh giá dung lượng, vòng đời, hiệu suất sạc - xả. 

Kết thúc giai đoạn thử nghiệm, nhóm bắt đầu mở rộng sản xuất quy mô nhỏ và hướng tới tăng công suất, đồng thời phát triển sản phẩm từ các nguồn sinh khối khác ngoài bã cà phê.

"Chúng tôi đã tiến hành một số thử nghiệm sơ bộ trong phòng thí nghiệm để đo hiệu suất hoạt động của pin. Kết quả cho thấy pin có thể tạo ra điện áp ổn định gần 3 volt trong điều kiện thí nghiệm tiêu chuẩn, đủ để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử công suất nhỏ như đồng hồ điện tử, cảm biến hoặc mô hình giáo dục STEM", Trang nói.

Trang giải thích thêm công nghệ được nhóm sử dụng là MFC. Trong môi trường chứa bã cà phê, vi sinh vật phân hủy hợp chất hữu cơ và giải phóng electron, tạo nên dòng điện khi electron di chuyển giữa hai điện cực. 

Cách tiếp cận "hai trong một" này thường giảm chi phí, tận dụng phế phẩm nông nghiệp, đồng thời góp phần giảm ô nhiễm môi trường, mở ra hướng đi mới cho năng lượng tái tạo tại Việt Nam với giá trị công nghệ, kinh tế và xã hội rõ nét.

Khi dân "trái ngành" nghiên cứu

Hầu hết các thành viên trong nhóm nghiên cứu đều là dân kinh tế, quản trị kinh doanh, marketing… không phải dân kỹ thuật.

Như sinh viên Đoàn Anh Bình - chuyên ngành quản lý - đảm nhiệm nhiệm vụ vận hành và phân tích dự án. Bình nói chủ yếu các bạn đều đến từ khối kinh tế - tài chính nhưng ngay từ đầu khi bắt tay vào làm dự án, các bạn xác định đây là một dự án khoa học - công nghệ nên đã chủ động tìm hiểu kỹ các nguyên lý hóa học, điện hóa cơ bản, đồng thời kết nối, tham khảo ý kiến từ các thầy cô và anh chị bên kỹ thuật, vật liệu để đảm bảo tính chính xác trong từng bước nghiên cứu.

Ban đầu nhóm cũng gặp khá nhiều khó khăn, đặc biệt là khi phải đọc các tài liệu chuyên ngành tiếng Anh hay hiểu sâu về cấu trúc điện cực, phản ứng sinh học. Tuy nhiên nhờ chia nhỏ từng phần, tự học qua các nguồn khoa học mở và được các giảng viên định hướng, các bạn dần hiểu hơn và có thể tự thiết kế mô hình thử nghiệm ban đầu.

"Thật ra chính vì là dân kinh tế nên chúng tôi có lợi thế ở tư duy phân tích tính khả thi, thị trường và mô hình thương mại hóa, còn về kỹ thuật chúng tôi coi đó là cơ hội để mở rộng năng lực và kết nối với những bạn học kỹ thuật trong các dự án tiếp theo", Bình nói.

Ngoài ra, bạn Nhữ Vũ Duy - chuyên ngành kinh doanh quốc tế nhận nhiệm vụ marketing dự án - cho biết nhóm đã chủ động hợp tác với các đơn vị nghiên cứu trong Đại học Quốc gia Hà Nội để kiểm chứng và nâng cao độ tin cậy cho kết quả dự án. 

Cụ thể quá trình phân tích vật liệu và thử nghiệm tính dẫn điện của điện cực carbon hoạt tính được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trường Quốc tế và một số phòng lab chuyên ngành thuộc Trường đại học Khoa học Tự nhiên.

Nhóm cũng nhận được sự hỗ trợ chuyên môn từ các giảng viên và chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu và năng lượng tái tạo để đảm bảo kết quả thử nghiệm có cơ sở khoa học, tuân thủ quy trình nghiên cứu.

"Hiện tại các thử nghiệm mới dừng ở quy mô phòng thí nghiệm, bao gồm đo điện áp, mật độ năng lượng và khả năng phân hủy sinh học. Trong giai đoạn tới chúng tôi dự kiến tiếp tục phối hợp với các phòng thí nghiệm trọng điểm của Đại học Quốc gia để có thêm kiểm định sâu hơn, từ đó chuẩn hóa dữ liệu và hướng đến các tiêu chuẩn quốc tế phục vụ cho thương mại hóa sản phẩm", sinh viên Nguyễn Anh Khoa cho hay.