Безкоштовна енергія від природи: незвичайні технології для генерації за допомогою води

У пошуках нових джерел енергії люди вчаться використовувати не тільки сонце і вітер, а й воду. Фокус розповість про технології, які дають змогу добувати електрику завдяки природним опадам, таким як дощ і сніг.

Одна крапля запалює 100 лампочок

Раніше писали про невеликі генератори, які використовують потоки води для виробництва енергії. Це вельми стабільне джерело, яке можна використовувати на струмках, водоспадах і річках, хоча іноді вимагає досить швидкої течії або великого обладнання. Але краплі води, що падають з великої висоти, теж можуть виробляти енергію.

Учені з Міського університету Гонконгу підрахували, що крапля води об'ємом 100 мікролітрів (1 мікролітр — це мільйонна частка літра), що падає з висоти 15 см, створює напругу понад 140 В. Вони створили генератор, схожий на польовий транзистор (FET). У нього помістили два електроди — один з алюмінію та інший з оксиду індію та олова (ITO) з нанесеною на нього плівкою з політетрафторетилену, яка відповідає за генерацію, зберігання та індукцію заряду.

Коли крапля падає на платформу, то під її вагою електроди з'єднуються, замикаючи електричний ланцюг. Усі накопичені заряди на плівці вивільняються для створення струму, який використовується для живлення пристроїв. На роботу системи не впливає відносна вологість, можна використовувати як прісну, так і морську воду. Ймовірно, це може бути звичайнісінький дощ.

За словами вчених, станція може генерувати до 50 мегават на квадратний метр — це в тисячі разів більше, ніж в аналогічних пристроїв, а ефективність перетворення енергії також значно вища, ніж в інших подібних проєктів. Одна крапля може запалити 100 світлодіодних лампочок.

Український генератор за 300 гривень

Школяр Артур Печенюк із Житомира у 2023 році створив дощовий генератор своїми руками. Дощова вода з водостоку потрапляє в бак із пластикових пляшок, а потім невеликим потоком падає на колесо, обертаючи турбіну. В основі генератора лежить синхронний двигун від старого автомобіля, який пожертвував дідусь Артура, а всі інші компоненти обійшлися всього в 300 грн.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) апарата становить — 60%, його можна підвищити, якщо замінити двигун внутрішнього згоряння на електричний. За допомогою підсилювача можна підвищити напругу до 5 вольт (як у звичайному повербанку) і використовувати для заряджання телефона чи іншого не надто потужного пристрою.

І в дощ, і в спеку...

Група китайських учених з Університету Цінхуа придумала, як змусити сонячні панелі генерувати енергію від дощу. Таким чином власники електростанцій отримають користь не тільки від ясної погоди. Для такої мети зазвичай використовують трибоелектричні наногенератори (TENG), які можуть збирати електрику, вироблену під час тертя води об поверхню, але їх складно масштабувати.

Китайські вчені вдосконалили технологію і зробили пристрій D-TENG. Тепер коли краплі дощу падають на поверхню панелі модуля, вони стають позитивно зарядженими, тоді як поверхня стає негативно зарядженою. Кількість енергії, створюваної краплями, дуже мала, але вона може накопичуватися в акумуляторі, щоб потім заряджати або живити електротехніку.

Під час експериментів вчені виявили, що панелі D-TENG, побудовані з використанням генераторів мостових масивів, не залежать одна від одної, тому загальна втрата потужності буде меншою. Пікова вихідна потужність генераторів мостових масивів майже у п'ять разів вища, ніж у звичайної енергії дощових крапель великої площі з тим самим розміром, досягаючи 200 Вт на квадратний метр.

Енергія зі снігу

Перетворювати на електрику можна не тільки дощ, а й сніг, що довели вчені з Японії. У 2022 році в місті Аоморі почали випробовувати нову технологію, розроблену Кодзі Енокі з Токійського університету електрокомунікацій.

Система генерує енергію завдяки різниці температур. Для цього в сніг поміщається труба для теплопередачі, а з іншого боку обладнання збирає повітря, нагріте сонцем. У холодоагенті утворюється конвекційний потік, який обертає турбіну і генерує електроенергію. За підрахунками вчених, установка може зрівнятися за ефективністю із сонячними модулями. Утім, досі невідомо, чим закінчилися випробування, можливо, винахідникам необхідно доопрацювати технологію для комерційного використання.

Раніше експерти пояснили, чому люди досі не використовують ядерні мікрореактори. Такі установки вже існують і залучають інвестиції, але ще не популярні.