Від мрій Тесли до реальності. Українські вчені генерують енергію з повітря, майбутнє близько

Нещодавно команда з Массачусетського університету в Амхерсті зробила гостроцікаву заяву. Вони успішно згенерували безперервний електричний струм з вологи, присутньої в повітрі. Найцікавіше те, що цей прорив стався випадково, пише the Guardian.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Провідний автор дослідження, професор Цзюнь Яо, пояснює, що спочатку вони мали намір розробити простий датчик вологості повітря, але через недогляд джерело живлення залишилося відключеним. Попри це, пристрій, що складається з мікроскопічних трубок, які називаються нанодротами, виробляв електричний сигнал.

Кожен нанодріт був надзвичайно вузьким, приблизно в одну тисячну діаметра людської волосини, що дозволяло молекулам води проникати всередину трубки і відбиватися від неї. Коли молекули стикалися зі стінками трубки, вони надавали матеріалу невеликий заряд. Зі збільшенням частоти зіткнень один кінець трубки набував заряду, відмінного від заряду іншого, по суті, поводячись як батарея. Коли заряджені кінці залишалися з'єднані, електричний заряд почав текти.

У своєму нещодавньому дослідженні команда з Массачусетського університету в Амхерсті вийшла за межі нанодротів. Вони розробили пристрій розміром з ніготь великого пальця, що містить мільйони нанопор, або крихітних отворів. Цей пристрій здатний генерувати близько одного мікровата електроенергії, достатньої для освітлення одного пікселя на великому світлодіодному екрані.

Виникає питання: як можна збільшити цю крихітну кількість енергії, щоб задовольнити енергетичні потреби цілого домогосподарства? Професор Яо пояснює, що краса цього підходу полягає у повсюдності повітря. Хоча один шар пристрою виробляє лише невелику кількість енергії, укладання декількох шарів вертикально може суттєво збільшити вихідну потужність.

Інша команда на чолі з професоркою Світланою Любчик та її синами-близнюками Андрієм і Сергієм Любчиками ставить собі схожу мету. Вони пов'язані з лісабонським проєктом Catcher, який намагається перетворити атмосферну вологість на відновлювану енергію. Крім того, вони створили стартап CascataChuva для комерціалізації своїх досліджень.

Любчики розпочали цей проєкт у 2015 році, ще до того, як з'явилася команда UMass Amherst. Тоді їхню пропозицію зустріли зі скептицизмом, а самих Любчиків часто вважали візіонерами, які пропонують неможливе.

З роками проєкт Catcher та пов'язані з ним дослідження отримали значне фінансування — майже 5,5 млн євро від Європейської ради з інновацій. Результатом їхніх зусиль стало створення тонкого сірого диска діаметром 4 см. За словами Любчиків, один пристрій може генерувати 1,5 вольта і 10 міліампер.

Однак, якщо скласти їх у куб розміром з пральну машину, що складається з 20 000 пристроїв, науковці стверджують, що він може генерувати 10 кіловат-годин енергії щодня. А це еквівалентно середньому енергоспоживанню типового домогосподарства у Великобританії. Примітно, що вони планують підготувати прототип для демонстрації до 2024 року.

Концепція отримання корисної електроенергії з повітря може здатися занадто гарною, щоб бути правдою. Однак Пітер Добсон, почесний професор інженерних наук Оксфордського університету, уважно стежить за дослідженнями команд UMass Amherst і Catcher.

Він висловлює оптимізм, стверджуючи, що саме ця технологія видається багатонадійною і не є черговою надуманою ідеєю. Добсон вважає, що за умови належного інжинірингу та масштабування, а також заходів щодо запобігання забрудненню атмосферними мікробами, цей підхід може бути успішним.

А проте існує безліч проблем, які необхідно розв'язати, перш ніж ця технологія зможе забезпечити енергією наші домівки. Анна Корре, професорка екологічної інженерії в Імперському коледжі Лондона, піднімає важливі питання щодо виробничого процесу, пошуку сировини, оцінки витрат, впливу на навколишнє середовище та масштабування для впровадження. Ці фактори вимагають ретельного розгляду і значних витрат часу та інвестицій.

Навіть після подолання проблеми з'єднання тисяч пристроїв, вартість залишається головною перешкодою. Любчики очікують, що початкова вирівняна вартість енергії від цих пристроїв буде високою. Однак, завдяки масовому виробництву, вони мають на меті значно знизити вартість, зробивши гігроелектроенергію конкурентоспроможною з сонячною та вітровою енергією. Досягнення цієї мети потребуватиме інвестицій, доступу до сировини та відповідного технологічного обладнання.

У той час як дослідники з Массачусетського університету в Амхерсті працюють з органічними матеріалами, які можна відносно легко отримати, команда Catcher досягла кращих результатів, використовуючи оксид цирконію — матеріал, що становить інтерес для досліджень паливних елементів. Спочатку вони мали намір отримати цей матеріал з України, яка володіє багатими покладами.

Однак, через вторгнення Росії в Україну, вони були змушені покладатися на невеликі обсяги, придбані в Китаї. Час, необхідний для оптимізації прототипів і розширення виробництва, може зайняти кілька років.

А проте в разі успіху, вигоди можуть бути значними. На відміну від сонячної та вітрової енергії, гігроелектрогенератори можуть працювати безперервно, в приміщенні і на відкритому повітрі, в різних місцях. Команда навіть передбачає використання своїх пристроїв для будівництва частин будівель, усуваючи потребу в інфраструктурі передачі енергії.

Раніше Фокус писав, навіщо батько сучасної хімії спалив алмаз дотла.

А також ми розповідали про справжнього творця кришталевих черепів. Вчені поставили крапку, чи це французький шахрай, чи ацтек-ювелір.