Sposób na kryzys energetyczny? Wytwarzanie energii elektrycznej z powietrza!
Inżynierowie zademonstrowali coś niesamowitego. Niemal każdy materiał może być użyty do stworzenia urządzenia, które w sposób ciągły zbiera energię z wilgotnego powietrza.
Według zespołu kierowanego przez inżyniera Xiaomeng Liu z University of Massachusetts Amherst taki materiał może zbierać energię elektryczną wytwarzaną przez mikroskopijne kropelki wody w wilgotnym powietrzu. „Powietrze zawiera ogromną ilość energii elektrycznej” – mówi inżynier Jun Yao z UMass Amherst. I w przeciwieństwie do paneli słonecznych lub turbin wiatrowych, które potrzebują specyficznych środowisk, generatory powietrza mogą działać wszędzie.
Nazwali swoje odkrycie „ogólnym efektem generowania powietrza”.
„Pomyśl o chmurze, która jest niczym więcej niż masą kropelek wody. Każda z tych kropelek zawiera ładunek, a gdy warunki są odpowiednie, chmura może wytworzyć błyskawicę – ale nie wiemy, jak niezawodnie przechwytywać elektryczność z pioruna. To, co zrobiliśmy, to stworzyliśmy małą chmurę, która wytwarza dla nas energię elektryczną w sposób przewidywalny i ciągły, abyśmy mogli ją zbierać”.
Jeśli Air-gen brzmi znajomo, to dlatego, że zespół już wcześniej opracował kombajn energii powietrznej. Jednak poprzednie urządzenie opierało się na nanoprzewodach białkowych hodowanych przez bakterię o nazwie Geobacter sulfurreducens.
Cóż, jak się okazuje, bakteria nie jest konieczna. „Po odkryciu Geobacter zdaliśmy sobie sprawę, że zdolność do generowania energii elektrycznej z powietrza jest ogólna: dosłownie każdy rodzaj materiału może pobierać energię elektryczną z powietrza, pod warunkiem, że ma określoną właściwość” — wyjaśnia Yao.
Tą właściwością są nanopory, a ich wielkość jest oparta na swobodnej średniej ścieżce cząsteczek wody w wilgotnym powietrzu. To odległość, jaką cząsteczka wody może pokonać w powietrzu, zanim zderzy się z inną cząsteczką wody.
Urządzenie Air-gen jest wykonane z cienkiej warstwy materiału, takiego jak celuloza, białko jedwabiu lub tlenek grafenu. Cząsteczki wody w powietrzu mogą z łatwością dostać się do nanoporów i przemieszczać się od góry filmu do dołu, ale podczas podróży docierają do boków porów. Te transfery ładują się do materiału, powodując nagromadzenie, a ponieważ więcej cząsteczek wody dostaje się na górę folii, występuje nierównowaga ładunku między dwiema stronami. Daje to efekt podobny do tego, który obserwujemy w chmurach wytwarzających błyskawice: wznoszące się powietrze powoduje więcej kolizji między kropelkami wody na szczycie chmury, co skutkuje nadmiarem ładunku dodatniego w wyższych chmurach i nadmiarem ładunku ujemnego w niższych.
W takim przypadku ładunek mógłby zostać potencjalnie przekierowany do zasilania małych urządzeń lub przechowywany w jakiejś baterii.
Folia celulozowa, którą zespół testował, miała napięcie wyjściowe 260 miliwoltów w otaczającym środowisku, podczas gdy telefon komórkowy wymaga napięcia wyjściowego około 5 woltów. Ale cienkość filmów oznacza, że można je układać w stosy, aby skalować urządzenia Air-gen, by było bardziej praktyczne. A fakt, że mogą być wykonane z różnych materiałów, oznacza, że urządzenia można dostosować do środowiska, w którym mają być używane – twierdzą naukowcy.
„Pomysł jest prosty, ale nigdy wcześniej nie został odkryty i otwiera wiele możliwości” – mówi Yao.
„Można sobie wyobrazić urządzenie wykonane z jednego rodzaju materiału do środowisk lasów deszczowych, a innego do bardziej suchych regionów. Następnym krokiem byłoby przetestowanie urządzeń w różnych środowiskach, a także praca nad ich skalowaniem. Dodał jednak, że mniejsza wilgotność oznaczałaby mniej energii. Zimy z bardziej suchym powietrzem wytwarzałyby mniej energii niż lata. Ale ogólny efekt Air-gen jest prawdziwy, a możliwości, które reprezentuje, są obiecujące. „To bardzo ekscytujące” — mówi Liu.
Badania zostały opublikowane w Advanced Materials.



