Американские ученые создали революционную технологию добычи энергии из воздуха. Главное, чтобы он был влажным

Как можно добывать электричество из воздуха?

«В воздухе содержится огромное количество электричества», — поясняет инженер Цзюнь Яо из Университета Массачусетса в Амхерсте, со-автор исследования.

Благодаря уникальному новому материалу это электричество можно извлекать.

Все, что требуется от материала, — это наличие нанопор диаметром менее 100 нанометров. Это примерно тысячная часть ширины человеческого волоса, поэтому легче сказать, чем сделать, но гораздо проще, чем ожидалось.

Такой материал может собирать электричество, вырабатываемое микроскопическими каплями воды во влажном воздухе.

Результаты исследования были опубликованы в авторитетном издании Advanced Materials.

Ученые назвали свое открытие «общим эффектом Air-gen».

«Подумайте об облаке, которое представляет собой не что иное, как массу капель воды. Каждая из этих капель содержит заряд, и при благоприятных условиях облако может произвести молнию — но мы не знаем, как надежно улавливать электричество из молнии. Мы создали небольшое облако, построенное человеком, которое предсказуемо и непрерывно вырабатывает электричество, чтобы мы могли его собирать», — пишут авторы работы.

Возможно, вы уже слышали название «Air-gen».

Ранее группа звучит знакомо, то это потому, что ранее команда под руководством инженера Сяоменга Лю из Массачусетского университета в Амхерсте, уже презентовала ее. С той разницей, что в их предыдущем устройстве использовались белковые нанопровода, выращенные бактерией Geobacter sulfurreducens.

Но, как оказалось, бактерия не нужна.

«После открытия Geobacter мы поняли, что способность генерировать электричество из воздуха — то, что мы потом назвали „эффектом Air-gen“ — оказывается универсальной: буквально любой материал может собирать электричество из воздуха, если он обладает определенными свойствами», — объясняет Яо.

Как это работает?

Под «определенными свойствами» следует понимать нанопоры, а их размер зависит от среднего свободного пути молекул воды во влажном воздухе. Это расстояние, которое молекула воды может пройти в воздухе, прежде чем столкнется с другой молекулой воды.

Устройство Air-gen изготавливается из тонкой пленки материала, такого как целлюлоза, протеин шелка или оксид графена. Молекулы воды в воздухе легко проникают в нанопоры и движутся от верхней части пленки к нижней, но по пути они сталкиваются с боковыми стенками пор.

Они переносят заряд на материал, создавая накопление, а поскольку больше молекул воды попадает в верхнюю часть пленки, возникает дисбаланс зарядов между двумя сторонами.

Это создает эффект, подобный тому, который мы наблюдаем в облаках, порождающих молнии: поднимающийся воздух создает больше столкновений между каплями воды в верхней части облака, что приводит к избытку положительного заряда в более высоких облаках и избытку отрицательного заряда в более низких.

В этом случае заряд потенциально может быть перенаправлен на питание небольших устройств или сохранен в какой-либо батарее.

Когда можно ждать революции в мировой энергетике?

На данный момент это все еще находится на ранних стадиях.

Существующая технология не позволяет получать высокое напряжение, чтобы питать какие-то электрические устройства или хотя бы заряжать батареи с ощутимой скоростью.

Целлюлозная пленка, которую тестировала команда Лю, имела спонтанный выход напряжения 260 милливольт, тогда как для работы, к примеру, мобильного телефона требуется напряжение около 5 вольт.

Но здесь есть важный нюанс. Благодаря тому, что пленки весьма тонкие, их можно укладывать в множество слоев, масштабируя устройства Air-gen. Это повысит их производительность и сделает их более практичными.

А тот факт, что они могут быть изготовлены из различных материалов, означает, что устройства могут быть адаптированы к среде, в которой они будут использоваться, говорят исследователи.

Например, один вид материала может использоваться для тропических лесов, а из другого — для более засушливых регионов.