Гігроелектрика: майбутнє відновлюваної енергії з використанням переваг вологості повітря

В останні роки дослідження в галузі відновлюваної енергії досягли великих успіхів у постійному пошуку нових джерел енергії. Одним із таких нововведень, яке почало викликати великий інтерес, є гігроелектричність, тип енергії, який генерується з вологість повітря. Ця концепція, заснована на здатності певних матеріалів генерувати електричний заряд у відповідь на зміни вологості, перебуває в процесі розробки та може змінити спосіб отримання енергії.

Що таке Гігроелектрика?

La гігроелектричність, також відомий як гігроелектрична енергія, це інноваційний метод виробництва електроенергії, використовуючи вологість навколишнього середовища. На відміну від інших відновлюваних джерел енергії, таких як сонце або вітер, воно не залежить від конкретних кліматичних факторів, таких як пряме сонячне світло або вітер. Гігроскопічні матеріали є ключем до цього явища, оскільки вони здатні поглинати молекули води, що існують у навколишньому середовищі, і генерувати різницю потенціалів, яка виробляє електрику.

Цей прогрес, який став результатом піонерських досліджень в таких університетах, як Массачусетс (UMass) і Кампінас (Бразилія), відкрив нові можливості в галузі відновлюваних джерел енергії. Було показано, що деякі матеріали, такі як оксид графену (GO) або білкові нанодроти, може генерувати електричний заряд при контакті з вологою.

У випадку оксиду графену молекули води, які прилипають до його поверхні, створюють різницю потенціалів, яка дозволяє генерувати електричний струм при підключенні до зовнішнього ланцюга. Це було ключове відкриття, оскільки вважалося, що матеріали потребують сонячного світла для виробництва електроенергії. Гігроелектрика не має цих метеорологічних обмежень, що робить його дуже перспективним рішенням на майбутнє.

Як працює Гігроелектрика?

Процес, який дозволяє генерувати електроенергію з вологи, заснований на взаємодії між гігроскопічними матеріалами та молекулами води в навколишньому середовищі. Ці матеріали, як згадувалося раніше, мають здатність до вбирають воду і генерувати a різниця навантажень, У Росії Проект CATCHER, що фінансується Європейським Союзом, показали, що вода в атмосфері може накопичувати електричні заряди після контакту з частинками пилу, які також є в повітрі. Взаємодія між цими частинками та крапельками вологи створює невелику різницю потенціалів, яка, якщо вона достатньо велика, дозволяє отримати корисний електричний струм.

Основні матеріали

Одним з найбільш використовуваних матеріалів для цього виду енергії є білкові нанодроти вирощений з Geobacter sulfurreducens, бактерія, здатна переносити електрони при контакті з вологою. Пристрій Повітряний ген розроблений UMass Amherst працює шляхом з’єднання цих нанодротів із крихітними електродами для генерування електроенергії з повітря.

Іншим багатообіцяючим прикладом є використання оксид графену (GO), матеріал, який продемонстрував велику здатність генерувати електричні заряди. Коли молекули води з атмосфери прилипають до поверхні GO, виникає різниця зарядів, яка змушує електрони текти до молекул води, створюючи електричний струм.

Електроди та нанопори

Розпорядження в електроди Він також відіграє вирішальну роль у підвищенні ефективності гідроелектрики. Насправді вони використовують провідні метали, такі як Платина, золото o срібло підвищити ефективність уловлювання електроенергії.

Крім того, структура матеріалу також безпосередньо впливає на його здатність генерувати енергію. Нещодавні дослідження показали, що, створюючи нанопори У цих матеріалах (тобто з крихітними отворами менше 100 нанометрів) кількість зібраної вологи та, отже, кількість виробленої енергії може бути збільшена.

Майбутнє застосування гідроелектрики

Хоча технологія все ще знаходиться на стадії розробки, її потенціал дуже високий. У короткостроковій перспективі програми вже вивчаються для годування невеликі пристрої наприклад розумні годинники, медичні датчики та пристрої Інтернету речей. Ці системи ідеально підходять для гідроелектрики, оскільки вони вимагають дуже мало енергії і, у багатьох випадках, використовуються в місцях, де завжди присутня вологість, наприклад у будинках або будівлях.

У більш віддаленому майбутньому можна буде розглянути масштабні застосування. Дослідження, як Проект HUNTER Вони зосереджені на розробці матеріалів і пристроїв, які можуть перетворювати енергію вологи в набагато більшу кількість. Наприклад, інтеграція цих пристроїв в сонячні панелі працювати вночі, коли сонячна енергія недоступна.

У місцях із високим рівнем вологості, наприклад у тропіках, ці гігроелектричні колектори Їх можна встановити в будинках, щоб генерувати постійне джерело екологічно чистої енергії. Крім того, його доступність 24/7 перевершує переривчастість інших відновлюваних джерел, таких як сонячна енергія та енергія вітру.

Поточні дослідження та виклики

Однією з актуальних проблем у розвитку технологій гідроелектрики є масштабованість. Обсяг енергії, що виробляється одним пристроєм, відносно невеликий, тому дослідники шукають способи об’єднати кілька одиниць або вдосконалити матеріали, щоб збільшити вироблену потужність.

El Проект Catcher працює над прототипом панелі площею 1 квадратний метр і може виробляти до 20 Вт/м2. Хоча цього недостатньо для забезпечення цілого домогосподарства, це великий крок до комерційної життєздатності. У довгостроковій перспективі поєднання цієї технології з іншими формами виробництва енергії може призвести до a більш диверсифікована та стійка енергетична інфраструктура.

Важливим аспектом залишається вибір матеріалів. Наноматеріали є дорогими і ще не досягли промислової масштабованості, необхідної для широкомасштабної комерціалізації. Однак прогрес у нанотехнологіях продовжує відкривати двері для розробки більш економічних і ефективних пристроїв.

Інтерес до гідроелектрики продовжує зростати, а інвестиції таких організацій, як Євросоюз у таких проектах, як CATCHER, вказує на те, що на цю нову технологію покладають великі сподівання.

Гігроелектрика все ще перебуває на ранніх стадіях розвитку, але вона обіцяє стати однією з ключових технологій у діапазоні відновлюваних джерел енергії. Оскільки дослідники продовжують удосконалювати матеріали та методи, незабаром ми можемо побачити практичні застосування, які можуть змінити спосіб отримання та використання енергії.