Kako bi izvlačenje električne energije iz vlage u vazduhu jednog dana moglo napajati naše uređaje?

Niko u laboratoriji nije mogao da vjeruje šta to vidi. Eksperimentalni uređaj, senzor za vlagu, počeo je da proizvodi električne signale.

„Iz nekog razloga, student koji je radio na uređaju zaboravio je da ga uključi u struju”, kaže Džun Jao sa Univerziteta Amherts u Massachusettsu.

„To je početak ove priče.”

Od tog trenutak prije pet godina, Jao i njegove kolege razvijaju tehnologiju koja može da izvlači električnu energiju ni iz čega drugog nego iz vlažnog vazduha: koncept poznat kao higroelektricitet.

To je ideja koja je prisutna dugo godina.

Nikola Tesla i drugi istraživali su je u prošlosti, ali nikad nisu postigli zadovoljavajuće rezultate.

To bi, međutim, sada moglo da se promijeni.

Brojne istraživačke grupe iz čitavog svijeta otkrivaju nove načine da sakupe električnu energiju iz molekula vode koji prirodno lebde u vazduhu.

Naučnici vjeruju da će možda uspjeti da izvuku sasvim dovoljno te energije da napajaju minijaturne kompjutere ili senzore.

Ti molekuli vode mogu da stvaraju mali električni naboj između sebe, što je proces koji istraživači žele da kontrolišu.

Izazov je sakupiti dovoljno električne energije da ona bude upotrebljiva.

Ali naučnici sada vjeruju da će možda uspjeti da izvuku sasvim dovoljno te energije da napajaju minijaturne kompjutere ili senzore.

To donosi uzbudljivu mogućnost novog oblika obnovljive energije koja bi mogla da lebdi svuda oko nas, praktično 24 sata dnevno, sedam dana nedjeljno.

Jao i njegove kolege su 2020. godine objavili naučno istraživanje koja opisuje kako sićušne proteinski nano-žice, koje proizvodi bakterija, mogu da izvlače električnu energiju iz vazduha.

Tačan mehanizam ovoga još je predmet rasprave, ali izgleda da sićušne pore materijala mogu da zatoče lebdeće molekule vode.

Dok se trljaju o materijal, izgleda da molekuli vode mogu i da mu daju električni naboj.

Jao objašnjava da u takvom sistemu većina molekula ostaje blizu površine i izbacuje mnogo električnog naboja dok se mali broj drugih probija dublje.

To stvara razliku u naboju između gornjih i donjih dijelova sloja materijala.

„Vremenom vidite da dolazi do razdvajanja tih naboja”, kaže Jao.

„I to je ono što se zapravo dešava u oblaku.”

Na mnogo većem i dramatičnijem nivou, olujni oblaci također stvaraju gomilanje suprotstavljenih električnih naboja koji se na kraju prazne u vidu munje.

To znači da, utjecanjem na kretanje molekula vode i stvaranjem pravih uslova za razdvajanje naboja, vi možete da proizvedete električnu energiju.

„Uređaj može da radi bukvalno bilo gdje na Zemlji”, kaže Jao.

Ispostavilo se da je to istraživanje iz 2020. godine bila samo vrh ledenog brijega.

Jao i njegove kolege objavili su propratno istraživanje u maju 2023. godine u kojoj su stvorili istu vrstu strukture, ispunjenu nano-porama, ali koristeći raznovrsne druge materijale – od listića grafen-oksida i polimera do celuloznih nano-vlakana izvučenih iz drveta.

Svi su oni radili, doduše sa nekim malim razlikama.

Ovo sugeriše da je ono što je bitno struktura, a ne sam materijal.

U dosadašnjim eksperimentima, uređaji tanji od čovječje dlake generisali su veoma male količine električne energije, ekvivalentne djeliću volta.

Jao sugeriše da prostim pravljenjem više materijala ili povezivanjem njihovih dijelova, možete da počnete da dobijate korisne naboje od više volta i da on samo raste.

On čak može da se napravi od tečnosti kojom mogu da se prskaju površine kako bi se dobio momentalni izvor energije, sugeriše on.

„Mislim da je to veoma uzbudljivo”, kaže Rešma Rao, inženjerka materijala sa Imperijalnog koledža u Londonu, u Velikoj Britaniji, koja nije učestvovala u ovom istraživanju.

„Postoji ogromna fleksibilnost u vrsti materijala koje možete da koristite.”

Ipak, možda nije realistično očekivati da ta tehnologija napaja čitave zgrade ili mašine gladne energije kao što su automobili, ukazuje Rao.

Vlažnost bi mogla da bude dovoljna da napaja samo uređaje iz „interneta stvari”, kao što su senzori ili mala nosiva elektronika.

Jaov tim je daleko od jedinog koji istražuje vlagu u vazduhu kao potencijalni izvor energije.

Jedna grupa u Izraelu je 2020. godine uspjela da izvuče električnu energiju provlačeći vlažan vazduh između dva parčeta metala.

Vlažan vazduh proizveo je električni naboj u metalu dok je lebdeo iznad njega.

Ovaj fenomen prvi put je zabilježen 1840. godine, kad je jedan mašinovođa u rudniku uglja sjeverno od Njukasla, na sjeveroistoku Engleske, osjetio čudno treperenje u ruci dok je upravljao lokomotivom.

Kasnije je primijetio malu iskru koja skače između njegovog prsta i jedne od poluga mašine.

Naučnici koji su istražili incident zaključili su da je para koja se trljala o metal bojlera mašine dovela do akumulacije naboja.

Jedno od ograničenja moglo bi da bude da im je potrebna vlažnost od 60 odsto ili viša.

Kolin Prajs, istraživač atmosferskih nauka na izraelskom Univerzitetu u Tel Avivu, koautor istraživanja iz 2020. godine, kaže da su naboji generisani u laboratorijskim eksperimentima uz pomoć malih parčića metala bili veoma mali.

Međutim, on dodaje da on i njegove kolege rade na unapređenju ovog sistema.

Ipak, jedno od ograničenja moglo bi da bude da im je potrebna vlažnost od 60 odsto ili viša, dok su uređaji Jaoa i njegovih kolega počeli da generišu električnu energiju na relativnoj vlažnosti vazduha od oko 20 odsto.

Za to vrijeme, tim u Portugalu radi na projektu finansiranom od Evropske unije zvanom KEČER, koji takođe želi da koristi vlažan vazduh kao izvor energije.

Svitlana Ljubčik, naučnica materijala sa portugalskog Univerziteta Losofona iz Lisabona, koordiniše ovaj projekat, i suosnivačica je kompanije KaskataČuva.

„Mislim da će inženjerski prototip biti spreman do kraja godine, manje ili više”, kaže Ljubčik, dok njen sin Andrej Lubčik, takođe suosnivač kompanije, prikazuje video malog LED svijetla koje se uključuje i isključuje.

On drži sivi disk prečnika od oko četiri centimetra, napravljen od cirkonijum oksida, objašnjavajući da ovaj materijal može da zatoči molekule vode iz vlage u vazduhu i natera ih da teku kroz sićušne kanale.

On kaže da to generiše naelektrisanje, dovoljno da izvuče oko 1,5 volt iz jednog diska.

Samo dva diska dovoljna su da napajaju LED svijetlo, tvrdi on, dodajući da može da se poveže mnogo više dijelova materijala kako bi se stvorio još veći izvor energije.

Međutim, iako su neke informacije o radu dostupne na internetu, kompletni detalji o najnovijim eksperimentima tima tek treba da budu objavljeni ili da ih odobre stručnjaci.

Grupa je takođe odbila da podijeli materijale koji pokazuju kako su diskovi povezani sa LED-om da bi ga napajali.

Mnoga pitanja oko mehanizma iza ovih higroelektričnih podviga ostaju bez odgovora, kaže Rao.

„Ima još mnogo toga da se istraži po pitanju osnova na kojima to uopće funkcioniše.”

A tu je i pitanje komercijalizacije.

Svako ko želi da komercijalizuje tehnologiju kao što je ova, morat će da dokaže da postoji dovoljan izvor energije i troškovna konkurentnost u poređenju sa drugim obnovljivim izvorima energije, kaže Sara Džordan, građevinska inženjerka sa Univerziteta Mekgil iz Kanade, koja proučava ekološke i ekonomske mane i prednosti energetskih odluka.

Razrađenije tehnologije obnovljive energije kao što su vjetar i sunčeva energija očigledno su stekle veliku prednost.

One će se vjerovatno pokazati mnogo značajnijim u narednoj deceniji, u vremenu kada je prelazak sa fosilnih goriva od posebno velike važnosti.

Uprkos tim izazovima, Rao kaže da ipak preostaje „tračak nade” da će se u istraživanjima higroelektriciteta pojaviti novi energetski materijali, prenosi BBC.

(Energetika.ba)