Американські вчені створили революційну технологію видобування енергії з повітря. Головне, щоб воно було вологим

Як можна видобувати електрику з повітря?

«У повітрі міститься величезна кількість електрики», — пояснює інженер Цзюнь Яо з Університету Массачусетса в Амхерсті, співавтор дослідження.

Завдяки унікальному новому матеріалу цю електрику можна «витягувати».

Усе, що вимагається від матеріалу, — це наявність нанопор діаметром менше 100 нанометрів. Це приблизно тисячна частина ширини людської волосини, тому легше сказати, ніж зробити, але набагато простіше, ніж очікувалося.

Такий матеріал може збирати електрику, що виробляється мікроскопічними краплями води у вологому повітрі.

Результати дослідження були опубліковані в авторитетному виданні Advanced Materials.

Науковці назвали своє відкриття «загальним ефектом Air-gen».

«Подумайте про хмару, яка являє собою не що інше, як масу крапель води. Кожна з цих крапель містить заряд, і за сприятливих умов хмара може створити блискавку — але ми не знаємо, як надійно вловлювати електрику з блискавки. Ми створили невеличку хмару, побудовану людиною, яка передбачувано і безперервно виробляє електрику, щоб ми могли її збирати», — пишуть автори роботи.

Можливо, ви вже чули назву «Air-gen».

Так, група звучить знайомо, то це тому, що раніше команда під керівництвом інженера Сяоменга Лю з Массачусетського університету в Амхерсті вже презентувала її. З тією відмінністю, що в їхньому попередньому пристрої використовувалися білкові нанодроти, вирощені бактерією Geobacter sulfurreducens.

Але, як виявилося, бактерія не потрібна.

«Після відкриття Geobacter ми зрозуміли, що здатність генерувати електрику з повітря — те, що ми потім назвали „ефектом Air-gen“ — як виявилося, є універсальною: буквально будь-який матеріал може збирати електрику з повітря, якщо він має певні властивості», — пояснює Яо.

Як це працює?

Під «певними властивостями» слід розуміти нанопори, а їхній розмір залежить від середнього вільного шляху молекул води у вологому повітрі. Це відстань, яку молекула води може пройти в повітрі, перш ніж зіткнеться з іншою молекулою води.

Пристрій Air-gen виготовляється з тонкої плівки матеріалу, як-от целюлоза, протеїн шовку або оксид графена. Молекули води в повітрі легко проникають у нанопори і рухаються від верхньої частини плівки до нижньої, але на шляху вони наражаються на бічні стінки пор.

Вони переносять заряд на матеріал, створюючи накопичення, та оскільки більше молекул води потрапляє у верхню частину плівки, виникає дисбаланс зарядів між двома сторонами.

Це створює ефект, подібний до того, який ми спостерігаємо в хмарах, що породжують блискавки: повітря, що підіймається, створює більше зіткнень між краплями води у верхній частині хмари, що призводить до надлишку позитивного заряду у вищих хмарах і надлишку негативного заряду в нижчих.

У цьому разі заряд потенційно може бути спрямовано на живлення невеличких пристроїв або збережено в будь-якій батареї.

Коли можна чекати революції у світовій енергетиці?

Наразі це все ще перебуває на ранніх стадіях.

Наявна технологія не дає змоги отримувати високу напругу, щоб живити якісь електричні пристрої або хоча б заряджати батареї з відчутною швидкістю.

Целюлозна плівка, яку тестувала команда Лю, мала спонтанний вихід напруги 260 мілівольт, тоді як для роботи, приміром, мобільного телефону, потрібна напруга приблизно 5 вольт.

Але тут є важливий нюанс. Завдяки тому що плівки досить тонкі, їх можна укладати в безліч шарів, масштабуючи пристрої Air-gen. Це підвищить їхню продуктивність і зробить їх більш практичними.

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

Наприклад, один вид матеріалу може використовуватися для тропічних лісів, а з іншого — для більш посушливих регіонів.