Ερευνητές παράγουν καθαρό ηλεκτρικό ρεύμα από τον αέρα
Μια ερευνητική ομάδα από τις ΗΠΑ κάνει μια ανακάλυψη που αξίζει να αναπτυχθεί περαιτέρω: Μια λεπτή μεμβράνη μπορεί να παράγει καθαρή ηλεκτρική ενέργεια από τον αέρα.
Amherst - Σε περιόδους κλιματικής αλλαγής, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν σημαντικό θέμα. Αλλά η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της ηλιακής ενέργειας ή της αιολικής ενέργειας έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται μόνο όταν ο ήλιος λάμπει ή φυσάει άνεμος. Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Άμχερστ παρουσίασε τώρα μια δυνατότητα που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η ομάδα γύρω από τον Xiaomeng Liu ανακάλυψε το λεγόμενο " generic Air-gen effect ". "Ο αέρας περιέχει τεράστια ποσότητα ηλεκτρισμού", εξηγεί ο συν-συγγραφέας Jun Yao. "Σκεφτείτε ένα σύννεφο, το οποίο δεν είναι τίποτα περισσότερο από πολλά σταγονίδια νερού. Κάθε μία από αυτές τις σταγόνες έχει ένα φορτίο και αν οι συνθήκες είναι κατάλληλες, το σύννεφο μπορεί να προκαλέσει ένα κεραυνό", συνεχίζει. "Δεν ξέρουμε πώς να συλλάβουμε αξιόπιστα την ενέργεια από τους κεραυνούς. Ωστόσο, αναπτύξαμε ένα μικρό σύννεφο που παράγει ενέργεια προβλέψιμα και συνεχώς για εμάς, ώστε να μπορούμε να τη συλλέξουμε", εξηγεί ο Yao σε ανακοίνωση που εξέδωσε το πανεπιστήμιό του.
Πριν από μερικά χρόνια, η ομάδα είχε ήδη αναπτύξει μια συσκευή που μπορεί να παράγει ενέργεια από τον αέρα. Η καρδιά του τεχνητού νέφους εξαρτάται από αυτό που ο Yao και οι συνάδελφοί του αποκαλούν «γενικό φαινόμενο Air-gen» και βασίζεται σε εργασίες που ο Yao και ο συν-συγγραφέας Derek Lovley, διακεκριμένος καθηγητής μικροβιολογίας στο UMass Amherst, είχαν ολοκληρώσει προηγουμένως το 2020, δείχνοντας ότι η ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσε να συλλέγεται συνεχώς από τον αέρα χρησιμοποιώντας ένα εξειδικευμένο υλικό κατασκευασμένο από πρωτεϊνικά νανοκαλώδια που καλλιεργούνται από το βακτήριο Geobacter sulfurreducens.
Αυτό που συνειδητοποιήσαμε μετά την ανακάλυψη του Geobacter», λέει ο Yao, «είναι ότι η ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον αέρα – αυτό που τότε ονομάσαμε «φαινόμενο Air-gen» – αποδεικνύεται γενική: κυριολεκτικά οποιοδήποτε είδος υλικού μπορεί να συλλέξει ηλεκτρική ενέργεια από τον αέρα, αρκεί να έχει μια συγκεκριμένη ιδιότητα».
Αυτό το μέσο; «Πρέπει να έχει τρύπες μικρότερες από 100 νανόμετρα (nm), ή λιγότερο από το ένα χιλιοστό του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας».
Αυτό οφείλεται σε μια παράμετρο γνωστή ως «mean free path», την απόσταση που ταξιδεύει ένα μόνο μόριο μιας ουσίας, σε αυτή την περίπτωση του νερού στον αέρα, πριν προσκρούσει σε ένα άλλο μόριο της ίδιας ουσίας. Όταν τα μόρια νερού αιωρούνται στον αέρα, η μέση ελεύθερη διαδρομή τους είναι περίπου 100 nm.
Ο Yao και οι συνεργάτες του συνειδητοποίησαν ότι θα μπορούσαν να σχεδιάσουν μια μηχανή συγκομιδής ηλεκτρικής ενέργειας με βάση αυτόν τον αριθμό. Αυτή η θεριζοαλωνιστική μηχανή θα κατασκευαστεί από ένα λεπτό στρώμα υλικού γεμάτο με νανοπόρους μικρότερους από 100 nm που θα άφηναν τα μόρια νερού να περάσουν από το πάνω στο κάτω μέρος του υλικού. Αλλά επειδή κάθε πόρος είναι τόσο μικρός, τα μόρια του νερού θα προσέκρουαν εύκολα στην άκρη του πόρου καθώς περνούν μέσα από το λεπτό στρώμα. Αυτό σημαίνει ότι το πάνω μέρος του στρώματος θα βομβαρδιζόταν με πολύ περισσότερα μόρια νερού που μεταφέρουν φορτίο από το κάτω μέρος, δημιουργώντας μια ανισορροπία φορτίου, όπως αυτή σε ένα σύννεφο, καθώς το πάνω μέρος αύξησε το φορτίο του σε σχέση με το κάτω μέρος. Αυτό θα δημιουργούσε αποτελεσματικά μια μπαταρία - μια μπαταρία που λειτουργεί όσο υπάρχει υγρασία στον αέρα.
Το μυστικό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον αέρα; Νανοπόροι. Φωτογραφια: Derek Lovley/Ella Maru Studio
«Η ιδέα είναι απλή», λέει ο Yao, «αλλά δεν έχει ανακαλυφθεί ποτέ πριν, και ανοίγει κάθε είδους δυνατότητες». Η θεριστική μηχανή θα μπορούσε να σχεδιαστεί κυριολεκτικά από όλα τα είδη υλικών, προσφέροντας ευρείες επιλογές για οικονομικά αποδοτικές και προσαρμόσιμες στο περιβάλλον κατασκευές. “You could image harvesters made of one kind of material for rainforest environments, and another for more arid regions.”
Και δεδομένου ότι η υγρασία είναι πάντα παρούσα, η θεριστική μηχανή θα τρέξει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα, βροχή ή ηλιοφάνεια, τη νύχτα και είτε φυσάει ο άνεμος είτε όχι, γεγονός που λύνει ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα τεχνολογιών όπως η αιολική ή η ηλιακή, οι οποίες λειτουργούν μόνο υπό ορισμένες συνθήκες.
Τέλος, επειδή η υγρασία του αέρα διαχέεται στον τρισδιάστατο χώρο και το πάχος της συσκευής Air-gen είναι μόνο ένα κλάσμα του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας, πολλές χιλιάδες από αυτές μπορούν να στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο, αυξάνοντας αποτελεσματικά την ποσότητα ενέργειας χωρίς να αυξάνεται το αποτύπωμα της συσκευής. Μια τέτοια συσκευή Air-gen θα είναι ικανή να παρέχει ισχύ επιπέδου κιλοβάτ για γενική χρήση ηλεκτρικής ενέργειας.
«Φανταστείτε έναν μελλοντικό κόσμο στον οποίο η καθαρή ηλεκτρική ενέργεια θα είναι διαθέσιμη οπουδήποτε κι αν πάτε», λέει ο Yao. «Το γενικό φαινόμενο Air-gen σημαίνει ότι αυτός ο μελλοντικός κόσμος μπορεί να γίνει πραγματικότητα».
Η έρευνα αυτή υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, τη Sony Group, το Link Foundation και το Ινστιτούτο Εφαρμοσμένων Επιστημών Ζωής (IALS) στο UMass
