Підійде майже будь-який матеріал: учений розповів, як добувати енергію просто з повітря

Дослідники з Массачусетського університету в Амхерсті (США) розробили технологію Air-gen, здатну постійно генерувати електроенергію з навколишнього повітря. Видання Interest Engineering зв'язалося з доцентом Цзюнь Яо, який докладніше розповів про цей винахід.

Air-gen може стати постійним джерелом енергії, отримуючи електрику за рахунок вологи в повітрі. Концепція не є новою, адже ще на початку 20-го століття відомий фізик Нікола Тесла проводив експерименти з бездротового передавання енергії, розглядаючи атмосферу Землі як провідник. Інші вчені також пропонували виробляти енергію з повітря, використовуючи сонячні промені.

Нехай такі дослідження вже й велися, поки що нікому не вдалося зробити систему, що стабільно генерує електрику прямо з повітря — у всіх випадках потрібен особливий стан навколишнього середовища. Однак концепція Цзюнь Яо передбачає, що добувати енергію можна за будь-яких умов.

За словами вчених, відбувається схожий процес, як у звичайній хмарі під час грози. Air-gen безперервно генерує енергію, поки повітря залишається вологим, незалежно від погодних умов і часу доби. Така універсальність робить технологію набагато ефективнішою за вітрові чи сонячні електростанції.

У загальних рисах робота Air-gen Цзюня Яо і його команди ґрунтується на попередніх дослідженнях 2020 року, проведених у співпраці із заслуженим професором мікробіології Массачусетського університету в Амхерсті Дереком Ловлі. Тоді вчені домоглися безперервного виробництва електрики з атмосфери з використанням білкових нанодротиків, отриманих із бактерій Geobacterulferreducens. Явище назвали "ефектом генерації повітря".

Цзюнь Яо поділився з IE, що технологія дуже універсальна, тому для неї підійде майже будь-який матеріал. Секрет полягає в тому, щоб створити в ньому безліч маленьких отворів (нанопор) розміром менше ніж 100 нанометрів кожен. Для порівняння — це менше однієї тисячної товщини людської волосини. Через велику кількість таких нанопор доведеться враховувати параметр, званий "середньою довжиною вільного пробігу" — це відстань, яку одна молекула води може пройти, перш ніж зіткнеться з іншою. Якщо розмір пор менший за 100 нм, то найдрібніші частинки води все ще можуть проникнути в них, але дуже швидко зіткнуться зі стінками.

Як саме електрика з'являється в атмосфері? Перебуваючи в повітрі, молекули води стають ефективними носіями електрозаряду, саме тому блискавки виникають під час грози. За словами вченого, нанопори дають змогу воді переміщатися з верхнього шару матеріалу в нижній, водночас із верхнім молекули стикаються частіше, і між двома шарами виникає різниця зарядів — саме вона відіграє вирішальну роль у роботі Air-gen.

"Коли ми з'єднуємо верхню і нижню межі матеріалу, цей дисбаланс зарядів призводить до вироблення електрики, — пояснив Цзюнь Яо. — Повітря або вологість повітря містять електрику; тому під час грози можуть виникати блискавки. Це становить основу пристрою Air-gen для збору електрики з повітря".

Водночас Цзюнь Яо визнає, що розріджене повітря не може містити значну щільність енергії. Тому Air-gen не конкурує з іншими технологіями з цього погляду. Він запропонував вбудовувати її у вертикальні поверхні в приміщеннях, щоб отримувати додаткову енергію без зайвих витрат. Один Air-gen генерує близько одного мікроватта електроенергії (достатньо для живлення одного пікселя в телевізорі), але потенційно тисячі таких генераторів можна встановити один на одного, отримавши потужність близько кіловата, а це вже чимало — вистачить і для запуску побутової техніки.

Interesting Engineering припустило ще кілька способів застосування нової технології. Ймовірно, Air-gen зможе автономно виробляти електроенергію в зонах стихійних лих і живити станції моніторингу довкілля, такі як метеозонди. Крім того, таке джерело енергії стане в пригоді військовим під час операцій у суворих умовах, медустановам із ненадійним електропостачанням, сільському господарству та для віддаленої телекомунікаційної інфраструктури.

Варто зазначити, що попри великі перспективи, технологія Air-gen все ще перебуває на ранній стадії розвитку, тому практична користь і масштаб застосування залишаються непередбачуваними. Так чи інакше, можливість виробляти електрику прямо з повітря виглядає обнадійливо і може в майбутньому забезпечити людям величезний запас дешевої та екологічно чистої енергії.

Раніше писали, що українські вчені теж знайшли спосіб генерувати енергію з повітря. Професор Світланою Любчик разом із синами Андрієм і Сергієм у результаті довгих досліджень створили пристрій у вигляді сірого диска діаметром 4 см. За словами Любчиків, він може генерувати 1,5 вольта і 10 міліампер.