Подойдет почти любой материал: ученый рассказал, как добывать энергию прямо из воздуха

Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте (США) разработали технологию Air-gen, способную постоянно генерировать электроэнергию из окружающего воздуха. Издание Interest Engineering связалось с доцентом Цзюнь Яо, который подробнее рассказал об этом изобретении.

Air-gen может стать постоянным источником энергии, получая электричество за счет влаги в воздухе. Концепция не является новой, ведь еще в начале 20-го века известный физик Никола Тесла проводил эксперименты по беспроводной передаче энергии, рассматривая атмосферу Земли в качестве проводника. Другие ученые также предлагали производить энергию из воздуха, используя солнечные лучи.

Пусть такие исследования уже и велись, пока никому не удалось сделать систему, стабильно генерирующую электричество прямо из воздуха — во всех случаях требуются особое состояние окружающей среды. Однако концепция Цзюнь Яо предполагает, что добывать энергию можно при любых условиях.

По словам ученых, происходит похожий процесс, как в обычном облаке во время грозы. Air-gen непрерывно генерирует энергию, пока воздух остается влажным, независимо от погодных условий и времени суток. Такая универсальность делает технологию гораздо эффективнее ветровых или солнечных электростанций.

В общих чертах работа Air-gen Цзюня Яо и его команды основана на предыдущих исследованиях 2020 года, проведенных в сотрудничестве с заслуженным профессором микробиологии Массачусетского университета в Амхерсте Дереком Ловли. Тогда ученые добились непрерывного производства электричества из атмосферы с использованием белковых нанопроволок, полученных из бактерий Geobacterulferreducens. Явление назвали "эффектом генерации воздуха".

Цзюнь Яо поделился с IE, что технология очень универсальная, поэтому для нее подойдет почти любой материал. Секрет заключается в том, чтобы создать в нем множество маленьких отверстий (нанопор) размером менее 100 нанометров каждая. Для сравнения — это менее одной тысячной толщины человеческого волоса. Из-за большого количество таких нанопор придется учитывать параметр, называемый "средней длиной свободного пробега" — это расстояние, которое одна молекула воды может пройти, прежде чем столкнется с другой. Если размер пор меньше 100 нм, то мельчайшие частицы воды все еще могут проникнуть в них, но очень быстро столкнутся со стенками.

Как именно электричество появляется в атмосфере? Находясь в воздухе, молекулы воды становятся эффективными носителями электрозаряда, именно поэтому молнии возникают во время грозы. По словам ученого, нанопоры позволяют воде перемещаться из верхнего слоя материала в нижний, при этом с верхним молекулы сталкиваются чаще, и между двумя слоями возникает разница зарядов — именно она играет решающую роль в работе Air-gen.

"Когда мы соединяем верхнюю и нижнюю границы материала, этот дисбаланс зарядов приводит к выработке электричества, — объяснил Цзюнь Яо. — Воздух или влажность воздуха содержат электричество; поэтому во время грозы могут возникать молнии. Это составляет основу устройства Air-gen для сбора электричества из воздуха".

В то же время Цзюнь Яо признает, что разрешенный воздух не может содержать значительную плотность энергии. Поэтому Air-gen не конкурирует с другими технологиями с этой точки зрения. Он предложил встраивать ее в вертикальные поверхности в помещениях, чтобы получать дополнительную энергию без лишних затрат. Один Air-gen генерирует около одного микроватта электроэнергии (достаточно для питания одного пикселя в телевизоре), но потенциально тысячи таких генераторов можно установить друг на друга, получив мощность около киловатта, а это уже немало — хватит и для запуска бытовой техники.

Interesting Engineering предположило еще несколько способов применения новой технологии. Вероятно, Air-gen сможет автономно производить электроэнергию в зонах стихийных бедствий и питать станции мониторинга окружающей среды, таких как метеозонды. Кроме того, такой источник энергии пригодится военным во время операций в суровых условиях, медучреждениям с ненадежным электроснабжением, сельскому хозяйству и для удаленной телекоммуникационной инфраструктуры.

Стоит отметить, что несмотря на большие перспективы, технология Air-gen все еще находится на ранней стадии развития, поэтому практическая польза и масштаб применения остаются непредсказуемыми. Так или иначе, возможность производить электричество прямо из воздуха выглядит многообещающе и может в будущем обеспечить людям огромный запас дешевой и экологически чистой энергии.