Бесплатная энергия от природы: необычные технологии для генерации с помощью воды

В поисках новых источников энергии люди учатся использовать не только солнце и ветер, но и воду. Фокус расскажет о технологиях, которые позволяют добывать электричество благодаря естественным осадкам, таким как дождь и снег.

Одна капля зажигает 100 лампочек

Ученые из Городского университета Гонконга подсчитали, что капля воды объемом 100 микролитров (1 микролитр — это миллионная доля литра), падающая с высоты 15 см, создает напряжение более 140 В. Они создали генератор, похожий на полевой транзистор (FET). В него поместили два электрода – один из алюминия и другой из оксида индия и олова (ITO) с нанесенной на него пленкой из политетрафторэтилена, которая отвечает за генерацию, хранение и индукцию заряда.

Когда капля падает на платформу, то под ее весом электроды соединяются, замыкая электрическую цепь. Все накопленные заряды на пленке высвобождаются для создания тока, который используется для питания устройств. На работу системы не влияет относительная влажность, можно использовать как пресную, так и морскую воду. Вероятно, это может быть самый обычный дождь.

По словам ученых, станция может генерировать до 50 мегаватт на квадратный метр — это в тысячи раз больше, чем у аналогичных устройств, а эффективность преобразования энергии также значительно выше, чем у других подобных проектов. Одна капля может зажечь 100 светодиодных лампочек.

Украинский генератор за 300 гривен

Школьник Артур Печенюк из Житомира в 2023 году создал дождевой генератор своими руками. Дождевая вода из водостока попадает в бак из пластиковых бутылок, а затем небольшим потоком падает на колесо, вращая турбину. В основе генератора лежит синхронный двигатель от старого автомобиля, который пожертвовал дедушка Артура, а все остальные компоненты обошлись всего в 300 грн.

Коэффициент полезного действия (КПД) аппарата составляет – 60%, его можно повысить, если заменить двигатель внутреннего сгорания на электрический. С помощью усилителя можно повысить напряжение до 5 вольт (как в обычном повербанк) и использовать для зарядки телефона или другого не слишком мощного устройства.

И в дождь, и в зной…

Группа китайских ученых из Университета Цинхуа придумала, как заставить солнечные панели генерировать энергию от дождя. Таким образом обладатели электростанций получат пользу не только от ясной погоды. Для подобной цели обычно используются трибоэлектрические наногенераторы (TENG) которые могут собирать электричество, производимое при трении воды о поверхность, но их сложно масштабировать.

Китайские ученые усовершенствовали технологию и сделали устройство D-TENG. Теперь когда капли дождя падают на поверхность панели модуля, они становятся положительно заряженными, в то время как поверхность становится отрицательно заряженной. Количество энергии, создаваемой каплями, очень мало, но она может накапливаться в аккумуляторе, чтобы затем заряжать или питать электротехнику.

Во время экспериментов ученые обнаружили, что панели D-TENG, построенные с использованием генераторов мостовых массивов, не зависят друг от друга, потому общая потеря мощности будет меньшей. Пиковая выходная мощность генераторов мостовых массивов почти в пять раз выше, чем у обычной энергии дождевых капель большой площади с тем же размером, достигая 200 Вт на квадратный метр.

Энергия из снега

Превращать в электричество можно не только дождь, но и снег, что доказали ученые из Японии. В 2022 году в городе Аомори начали испытывать новую технологию, разработанную Кодзи Эноки из Токийского университета электрокоммуникаций.

Система генерирует энергию благодаря разнице температур. Для этого в снег помещается труба для теплопередачи, а с другой стороны оборудование собирает воздух, нагретый солнцем. В хладагенте образуется конвекционный поток, который вращает турбину и генерирует электроэнергию. По подсчетам ученых, установка может сравниться по эффективности с солнечными модулями. Впрочем, до сих пор неизвестно, чем закончились испытания, возможно, изобретателям необходимо доработать технологию для коммерческого использования.