Содержание статьи:
Из-за изменения климата изучением источников возобновляемой энергии озабочены не только ученые, но и политики. Помимо развития солнечных батарей, ветрогенераторов, гидроэлектрических плотин и геотермальных скважин, исследователи также ищут новые перспективные источники. В последние годы появляются разработки, связанные с генерацией энергии посредством атмосферной влаги.
Энергия из воздуха
Вода обладает множеством особых свойств, среди которых передача электрического заряда при столкновениях молекул друг с другом и создание своего рода статического электричества за счет их трения.
Все мы наблюдали мощные выбросы энергии во время грозы в виде молний, которые образуются только за счет воды в разных ее фазах. Процесс формирования облаков наглядно демонстрирует, как примерно за 20 минут атмосферная влага и капели дождя могут генерировать огромные электрические разряды в несколько километров.
Обуздать высвобождаемую таким образом энергию очень сложно, а для ее улавливания потребовалась бы установка огромного количества стержней с соответствующей инфраструктурой. Эффективность и производительность подобных систем зависела бы только от прихотей природы.
Однако еще в 19 веке английский физик Майкл Фарадей обнаружил, что капли воды также могут заряжать металлические поверхности в результате трения между ними. Более того, недавние исследования показали, что некоторые металлы самопроизвольно накапливают электрический заряд при воздействии влаги.
Атмосферный аккумулятор
Мы привыкли, что статическое электричество возникает при сухом воздухе, например, когда дверная ручка бьется током. Воду же обычно считают хорошим проводником, а не чем-то, что может накапливать заряд на поверхности. Тем не менее, по словам исследователей, все меняется, когда относительная влажность превышает определенный порог.
В ходе экспериментов ученые из Тель-Авивского университета установили, что в условиях сухого воздуха напряжение между двумя металлическими поверхностями (одна из которых заземлена) полностью отсутствует, но при повышении уровня влажности более 60%, между изолированными металлами возникает разность потенциалов. Они наблюдали это в лаборатории и в условиях естественной окружающей среды.
Последующие измерения показали, что влажный воздух может служить источником зарядки поверхностей до напряжения около одного вольта. Для сравнения, нынешние небольшие аккумуляторы формфактора AA имеют номинальное напряжение от 1,2 В до 1,6 В. Поэтому ученые уже начали разрабатывать специальные батареи, которые смогут заряжаться от влаги в воздухе.
В дальнейшей перспективе развитие данной технологии может привести к расширению перечне используемых человечеством возобновляемых источников энергии. Однако наиболее эффективными такие системы будут работать в регионах с тропическим климатом.
Электрогенератор, работающий от влаги
Команда исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте недавно представиласобственную разработку, связанную с извлечением энергии из атмосферной влаги. Их устройство представляет собой воздушный генератор с электропроводящими белковыми нанопроволоками, который не нуждается в особых условиях окружающей среды, может работать круглосуточно и даже в помещении. Ученые назвали свою систему Air-gen.
Основным элементом генератора является тонкая пленка толщиной менее 10 микрон, расположенная между двумя электродами. При этом верхний электрод лишь частично покрывает ее поверхность.
Принцип работы устройства основан на том, что пленка адсорбирует водяной пар из атмосферы, а затем благодаря химическому составу и строению поверхности генерирует электрический ток между двумя электродами.
Существующий прототип может питать лишь мелкую электронику, но способен функционировать даже в пустыне. В дальнейшем команда разработчиков планирует создать крупномасштабные системы для промышленных нужд.
текст: Илья Бауэр, фото: ccacoalition, Shutterstock
