Наука и технологија: Како би извлачење електричне енергије из влаге у ваздуху једног дана могло да напаја наше уређаје

Нико у лабораторији није могао да верује шта то види.

Експериментални уређај, сензор за влагу, почео је да производи електричне сигнале.

Добро, помислићете, па шта - сем што то није смело бити могуће.

„Из неког разлога, студент који је радио на уређају заборавио је да га укључи у струју", каже Џун Јао са Универзитета Амхертс у Масачусетсу.

„То је почетак ове приче."

Од тог тренутак пре пет година, Јао и његове колеге развијају технологију која може да извлачи електричну енергију ни из чега другог него из влажног ваздуха: концепт познат као хигроелектрицитет.

То је идеја која је присутна дуго година.

Никола Тесла и други истраживали су је у прошлости, али никад нису постигли задовољавајуће резултате.

То би, међутим, сада могло да се промени.

Бројне истраживачке групе из читавог света откривају нове начине да сакупе електричну енергију из молекула воде који природно лебде у ваздуху.

Ти молекули воде могу да стварају мали електрични набој између себе, што је процес који истраживачи желе да контролишу.

Изазов је сакупити довољно електричне енергије да она буде употребљива.

Али научници сада верују да ће можда успети да извуку сасвим довољно те енергије да напајају минијатурне компјутере или сензоре.

То доноси узбудљиву могућност новог облика обновљиве енергије која би могла да лебди свуда око нас, практично 24 часа дневно, седам дана недељно.

Јао и његове колеге су 2020. године објавили научну студију која описује како сићушне протеински нано-жице, које производи бактерија, могу да извлаче електричну енергију из ваздуха.

Тачан механизам овога још је предмет расправе, али изгледа да сићушне поре материјала могу да заточе лебдеће молекуле воде.

Док се трљају о материјал, изгледа да молекули воде могу и да му дају електрични набој.

Јао објашњава да у таквом систему већина молекула остаје близу површине и избацује много електричног набоја док се мали број других пробија дубље.

То ствара разлику у набоју између горњих и доњих делова слоја материјала.

„Временом видите да долази до раздвајања тих набоја", каже Јао.

„И то је оно што се заправо дешава у облаку."

На много већем и драматичнијем нивоу, олујни облаци такође стварају гомилање супротстављених електричних набоја који се на крају празне у виду муње.

То значи да, утицањем на кретање молекула воде и стварањем правих услова за раздвајање набоја, ви можете да произведете електричну енергију.

„Уређај може да ради буквално било где на Земљи", каже Јао.

Испоставило се да је та студија из 2020. године била само врх леденог брега.

Јао и његове колеге објавили су пропратну студију у мају 2023. године у којој су створили исту врсту структуре, испуњену нано-порама, али користећи разноврсне друге материјале - од листића графен-оксида и полимера до целулозних нано-влакана извучених из дрвета.

Сви су они радили, додуше са неким малим разликама.

Ово сугерише да је оно што је битно структура, а не сам материјал.

У досадашњим експериментима, уређаји тањи од човечје длаке генерисали су веома мале количине електричне енергије, еквивалентне делићу волта.

Јао сугерише да простим прављењем више материјала или повезивањем њихових делова, можете да почнете да добијате корисне набоје од више волта и да он само расте.

Он чак може да се направи од течности којом могу да се прскају површине како би се добио моментални извор енергије, сугерише он.

„Мислим да је то веома узбудљиво", каже Решма Рао, инжењерка материјала са Империјалног колеџа у Лондону, у Великој Британији, која није учествовала у овој студији.

„Постоји огромна флексибилност у врсти материјала које можете да користите."

Ипак, можда није реалистично очекивати да та технологија напаја читаве зграде или машине гладне енергије као што су аутомобили, указује Рао.

Влажност би могла да буде довољна да напаја само уређаје из „интернета ствари", као што су сензори или мала носива електроника.

Јаов тим је далеко од јединог који истражује влагу у ваздуху као потенцијални извор енергије.

Једна група у Израелу је 2020. године успела да извуче електричну енергију провлачећи влажан ваздух између два парчета метала.

Влажан ваздух произвео је електрични набој у металу док је лебдео изнад њега.

Овај феномен први пут је забележен 1840. године, кад је један машиновођа у руднику угља северно од Њукасла, на североистоку Енглеске, осетио чудно треперење у руци док је управљао локомотивом.

Касније је приметио малу искру која скаче између његовог прста и једне од полуга машине.

Научници који су истражили инцидент закључили су да је пара која се трљала о метал бојлера машине довела до акумулације набоја.

Колин Прајс, истраживач атмосферских наука на израелском Универзитету у Тел Авиву, коаутор студије из 2020. године, каже да су набоји генерисани у лабораторијским експериментима уз помоћ малих парчића метала били веома мали.

Међутим, он додаје да он и његове колеге раде на унапређењу овог система.

Ипак, једно од ограничења могло би да буде да им је потребна влажност од 60 одсто или виша, док су уређаји Јаоа и његових колега почели да генеришу електричну енергију на релативној влажности ваздуха од око 20 одсто.

За то време, тим у Португалу ради на пројекту финансираном од Европске уније званом КЕЧЕР, који такође жели да користи влажан ваздух као извор енергије.

Свитлана Љубчик, научница материјала са португалског Универзитета Лософона из Лисабона, координише овај пројекат, и суоснивачица је компаније КаскатаЧува.

„Мислим да ће инжењерски прототип бити спреман до краја године, мање или више", каже Љубчик, док њен син Андреј Лубчик, такође суоснивач компаније, приказује видео малог ЛЕД светла које се укључује и искључује.

Он држи сиви диск пречника од око четири центиметра, направљен од цирконијум оксида, објашњавајући да овај материјал може да заточи молекуле воде из влаге у ваздуху и натера их да теку кроз сићушне канале.

Он каже да то генерише наелектрисање, довољно да извуче око 1,5 волт из једног диска.

Само два диска довољна су да напајају ЛЕД светло, тврди он, додајући да може да се повеже много више делова материјала како би се створио још већи извор енергије.

Међутим, иако су неке информације о раду доступне на интернету, комплетни детаљи о најновијим експериментима тима тек треба да буду објављени или да их одобре стручњаци.

Група је такође одбила да подели материјале који показују како су дискови повезани са ЛЕД-ом да би га напајали.

Многа питања око механизма иза ових хигроелектричних подвига остају без одговора, каже Рао.

„Има још много тога да се истражи по питању основа на којима то уопште функционише."

А ту је и питање комерцијализације.

Свако ко жели да комерцијализује технологију као што је ова мораће да докаже да постоји довољан извор енергије и трошковна конкурентност у поређењу са другим обновљивим изворима енергије, каже Сара Џордан, грађевинска инжењерка са Универзитета Мекгил из Канаде, која проучава еколошке и економске мане и предности енергетских одлука.

Разрађеније технологије обновљиве енергије као што су ветар и сунчева енергија очигледно су стекле велику предност.

Оне ће се вероватно показати много значајнијим у наредној деценији, у времену када је прелазак са фосилних горива од посебно велике важности.

Упркос тим изазовима, Рао каже да ипак преостаје „трачак наде" да ће се у истраживањима хигроелектрицитета појавити нови енергетски материјали.

Пратите нас на Фејсбуку,Твитеру и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на [email protected]