От мечты Теслы к реальности. Украинские ученые генерируют энергию из воздуха, будущее близко

Недавно команда из Массачусетского университета в Амхерсте сделала интригующее заявление. Они успешно сгенерировали непрерывный электрический ток из влаги, присутствующей в воздухе. Самое интересное то, что этот прорыв произошел случайно, пишет the Guardian.

У Фокус.Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Ведущий автор исследования, профессор Цзюнь Яо, объясняет, что изначально они намеревались разработать простой датчик влажности воздуха, но по недосмотру источник питания остался отключенным. Несмотря на это, устройство, состоящее из микроскопических трубок, называемых нанопроводами, вырабатывало электрический сигнал.

Каждый нанопровод был чрезвычайно узким, примерно в одну тысячную диаметра человеческого волоса, что позволяло молекулам воды проникать внутрь трубки и отражаться от нее. Когда молекулы соприкасались со стенками трубки, они придавали материалу небольшой заряд. С увеличением частоты столкновений один конец трубки приобретал заряд, отличный от заряда другого, по сути, ведя себя как батарея. Когда заряженные концы оставались соединены, электрический заряд начал течь.

В своем недавнем исследовании команда из Массачусетского университета в Амхерсте вышла за пределы нанопроводов. Они разработали устройство размером с ноготь большого пальца, содержащее миллионы нанопор, или крошечных отверстий. Это устройство способно генерировать около одного микроватта электроэнергии, достаточной для освещения одного пикселя на большом светодиодном экране.

Возникает вопрос: как можно увеличить это крошечное количество энергии, чтобы удовлетворить энергетические потребности целого домохозяйства? Профессор Яо объясняет, что красота этого подхода заключается в повсеместности воздуха. Хотя один слой устройства производит лишь небольшое количество энергии, укладка нескольких слоев вертикально может существенно увеличить выходную мощность.

Другая команда во главе с профессором Светланой Любчик и ее сыновьями-близнецами Андреем и Сергеем Любчиками ставит себе похожую цель. Они связаны с лиссабонским проектом Catcher, который пытается превратить атмосферную влажность в возобновляемую энергию. Кроме того, они создали стартап CascataChuva для коммерциализации своих исследований.

Любчики начали этот проект в 2015 году, еще до того, как появилась команда UMass Amherst. Тогда их предложение встретили со скептицизмом, а самих Любчиков часто считали визионерами, которые предлагают невозможное.

С годами проект Catcher и связанные с ним исследования получили значительное финансирование — почти 5,5 млн евро от Европейского совета по инновациям. Результатом их усилий стало создание тонкого серого диска диаметром 4 см. По словам Любчиков, одно устройство может генерировать 1,5 вольта и 10 миллиампер.

Однако, если сложить их в куб размером со стиральную машину, состоящий из 20 000 устройств, ученые утверждают, что он может генерировать 10 киловатт-часов энергии ежедневно. А это эквивалентно среднему энергопотреблению типичного домохозяйства в Великобритании. Примечательно, что они планируют подготовить прототип для демонстрации к 2024 году.

Концепция получения полезной электроэнергии из воздуха может показаться слишком красивой, чтобы быть правдой. Однако Питер Добсон, почетный профессор инженерных наук Оксфордского университета, внимательно следит за исследованиями команд UMass Amherst и Catcher.

Он выражает оптимизм, утверждая, что именно эта технология кажется многообещающей и не является очередной надуманной идеей. Добсон считает, что при условии надлежащего инжиниринга и масштабирования, а также мер по предотвращению загрязнения атмосферными микробами, этот подход может быть успешным.

Однако существует множество проблем, которые необходимо решить, прежде чем эта технология сможет обеспечить энергией наши дома. Анна Корре, профессор экологической инженерии в Имперском колледже Лондона, поднимает важные вопросы относительно производственного процесса, поиска сырья, оценки затрат, воздействия на окружающую среду и масштабирования для внедрения. Эти факторы требуют тщательного рассмотрения и значительных затрат времени и инвестиций.

Даже после преодоления проблемы соединения тысяч устройств, стоимость остается главным препятствием. Любчики ожидают, что начальная выровненная стоимость энергии от этих устройств будет высокой. Однако благодаря массовому производству, они имеют целью значительно снизить стоимость, сделав гигроэлектроэнергию конкурентоспособной с солнечной и ветровой энергией. Достижение этой цели потребует инвестиций, доступа к сырью и соответствующего технологического оборудования.

В то время как исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте работают с органическими материалами, которые можно относительно легко получить, команда Catcher достигла лучших результатов, используя оксид циркония — материал, представляющий интерес для исследований топливных элементов. Первоначально они намеревались получить этот материал из Украины, которая обладает богатыми залежами.

Однако из-за вторжения России в Украину, они были вынуждены полагаться на небольшие объемы, приобретенные в Китае. Время, необходимое для оптимизации прототипов и расширения производства, может занять несколько лет.

В случае успеха, выгоды могут быть значительными. В отличие от солнечной и ветровой энергии, гигроэлектрогенераторы могут работать непрерывно, в помещении и на открытом воздухе, в разных местах. Команда даже предусматривает использование своих устройств для строительства частей зданий, устраняя потребность в инфраструктуре передачи энергии.

Ранее Фокус писал, зачем отец современной химии сжег алмаз дотла.

А также мы рассказывали о настоящем создателе хрустальных черепов. Ученые поставили точку, это французский мошенник или ацтек-ювелир.