Вчені знайшли спосіб отримувати чисту енергію лише з повітря

Це не готова до практичного застосування технологія, але, за словами її творців, вона долає деякі обмеження інших комбайнів. Все, що потрібне матеріалу, - це нанопори діаметром менше 100 нанометрів. Це приблизно одна тисячна ширина людського волосся, так що легше сказати, ніж зробити, але набагато простіше, ніж очікувалося. Дослідження опубліковано в Advanced Materials.

За словами групи під керівництвом інженера Сяомен Лю з Массачусетського університету в Амхерсті, такий матеріал може збирати електрику, яку виробляють мікроскопічні краплі води у вологому повітрі.

Вони назвали своє відкриття "загальним ефектом Air-gen".

«У повітрі міститься величезна кількість електрики, — каже інженер Джун Яо з Університету Массачусетса в Амхерсті.

«Подумайте про хмару, яка є не чим іншим, як масою крапель води. Кожна з цих крапель містить заряд, і за відповідних умов хмара може зробити розряд блискавки, але ми не знаємо, як надійно вловлювати електрику від блискавки. Те, що ми зробили, так це створило штучну невелику хмару, яка передбачувано і безперервно виробляє для нас електрику, щоб ми могли її збирати».

Якщо Airgen звучить знайомо, це тому, що команда раніше розробила збирач енергії повітря. Однак їх більш ранній пристрій ґрунтувався на білкових нанодротах, вирощених бактерією під назвою Geobacter Sulfreducens .

Ну, як виявилось, бактерія не потрібна.

"Після відкриття Geobacter ми зрозуміли, що здатність генерувати електрику з повітря - те, що ми тоді назвали "ефектом генерації повітря", - виявляється загальним: буквально будь-який матеріал може збирати електрику з повітря, як поки що має певну властивість", - пояснює Яо.

Цією властивістю є нанопори і їх розмір залежить від довжини вільного пробігу молекул води у вологому повітрі. Це відстань, яку молекула води може пройти у повітрі, перш ніж зіткнеться з іншою молекулою води.

Типовий пристрій Air-gen виготовлений із тонкої плівки матеріалу, такого як целюлоза, протеїн шовку або оксид графену. Молекули води в повітрі можуть легко проникати в нанопори і переміщатися від верхньої частини плівки до нижньої, але під час руху вони стикаються з боками пори.

Вони передають заряд матеріалу, викликаючи накопичення, а оскільки більше молекул води потрапляє у верхню частину плівки, між двома сторонами виникає дисбаланс заряду.

Це робить ефект, аналогічний тому, що ми спостерігаємо в хмарах, що виробляють блискавки: повітря, що піднімається, створює більше зіткнень між краплями води у верхній частині хмари, що призводить до надлишку позитивного заряду в більш високих хмарах і надлишку негативного заряду в більш низьких.

У цьому випадку заряд може бути перенаправлений на живлення невеликих пристроїв або збережений в будь-якому акумуляторі.

На даний момент він все ще перебуває на ранній стадії. Целюлозна плівка, яку тестувала команда, мала спонтанну вихідну напругу 260 мілівольт у навколишньому середовищі, тоді як для мобільного телефону потрібна вихідна напруга близько 5 вольт. Але товщина плівок означає, що їх можна накладати один на одного, щоб масштабувати пристрої Air-gen, щоб зробити їх більш практичними.

Дослідники кажуть, що той факт, що вони можуть бути виготовлені з різних матеріалів, означає, що пристрої можуть бути адаптовані до середовища, в якому вони використовуватимуться.

"Ідея проста, але вона ніколи не була виявлена раніше, і вона відкриває безліч можливостей", - говорить Яо. "Ви можете уявити комбайни, виготовлені з одного матеріалу для тропічних лісів та іншого для більш посушливих регіонів".

Наступним кроком буде тестування пристроїв у різних середовищах, а також робота над їх масштабуванням. Але загальний ефект Air-gen є реальним, і можливості, які він представляє, обнадіюють.

«Це дуже цікаво, – каже Лю. "Ми відкриваємо широкі можливості для отримання чистої електрики з повітря".

Ілюстрація: Дерек Ловлі/Студія Елли Мару