Vedcom z University of Massatchusets (UMass) Amhearst sa podarilo objaviť spôsob výroby elektriny z vlhkého vzduchu. Priblížili sa tak k naplneniu sna Nikolu Teslu o jej získavaní zo vzduchu, informuje TASR. Autori novej štúdie svoju prácu postavili na mimoriadne jednoduchom koncepte, ktorý má potenciál zmeniť svet.
Výskumníci z University of Massachusetts, Amherst vo svojej nedávnej štúdii zistili, že prakticky každý materiál môžeme premeniť na zariadenie, ktoré nepretržite získava elektrinu z vlhkosti okolitého materiálu. K tomu je potrebné, aby sme materiál pokryli drobnými „nanopórmi“, ktoré majú priemer menší ako 100 nanometrov.
Spôsob, ktorým by sa získavala energia zo vzduchu (tzv. hygroelektrinu), v roku 2018 objavil tím profesora Jun Yaa a v májovom čísle žurnálu Advanced Materials publikoval štúdiu o svojich výsledkoch.
Autori štúdie vysvetľujú, že obyčajný vzduch v sebe ukrýva obrovské množstvo elektriny. Oblaky sa skladajú z vodných kvapiek ukrývajúcich náboj. Za správnych podmienok môže vzniknúť v oblakoch blesk, no vedci doteraz nenašli spôsob ako získať elektrinu z bleskov.
Nové zariadenie stojí na základoch práce, ktorú vedúci štúdie, Jun Yao, publikoval ešte v roku 2020. V rámci tejto štúdie vedci dokázali, že elektrinu možno zo vzduchu získavať pomocou špecifického materiálu z proteínových nanovlákien vyrobených z baktérie Geobacter sulfureducens. Túto metódu pomenovali „Air-gen effect“.
V rámci práce sa ale vedcom podarilo vytvoriť miniatúrny oblak, ktorý produkuje energiu za nás spoľahlivo a nepretržite.
„Ak mám byť úprimný, bola to náhoda,“ uviedol profesor Yao. „Snažili sme sa vyrobiť jednoduchý snímač vlhkosti vzduchu, no jeden zo študentov zabudol pripojiť zdroj napájania,“ dodáva. Zariadenie tvorené miniatúrnymi trubičkami (nanorúrkami) napriek tomu produkovalo prúd.
Až neskôr vyšlo najavo, že pozorovaný fenomén nie je prepojený s baktériou. Prakticky každý materiál môže zo vzduchu získavať elektrinu, pokiaľ má jednu špecifickú vlastnosť. Tou vlastnosťou je, ako sme spomenuli na začiatku, sú póry o priemere tisíciny ľudského vlasu. Tento fenomén funguje vďaka vlastnosti, ktorá popisuje akú vzdialenosť prejde molekula látky predtým, než narazí na inú molekulu. V prípade vodných kvapiek v oblaku je táto vzdialenosť približne 100 nanometrov.
Tím profesora Yao skúma aj iný postup. Namiesto nanorúrok vytvárajú v materiáloch miniatúrne otvory (nanopóry), ktoré by mali fungovať podobne. Zatiaľ sa im technológiou nanopórov podarilo vytvoriť zariadenie schopné vyrobiť približne jeden mikrowatt (jedna milióntina Wattu), čo stačí na napájanie jedného pixelu LED obrazovky.
„Molekuly vody vo vzduchu v sebe majú množstvo energie, presne takto vznikajú počas búrok blesky. Nie je pochýb o tom, že tento typ energie skutočne existuje, otázka znie, ako ju dokážeme získať,“ uviedol profesor Yao.
Množstvo energie vyprodukované jedným zariadením je zatiaľ zanedbateľné, no v prípade spojenia množstva vrstiev do bloku s veľkosťou automatickej práčky by to mohlo pokryť energetickú potrebu priemernej domácnosti. Na výrobe takéhoto zariadenia pracuje aj tím Catcher v Lisabone, ktorý sa snaží „premieňať atmosférickú vlhkosť na obnoviteľnú energiu“. Vedie ho profesorka Svitlana Ľjubčiková so synmi-dvojičkami Andrijom a Sergijom. Na projekte pracujú od roku 2015.
„Považovali nás za bláznov, čo sa snažia urobiť niečo nemožné,“ uvádza Andrij. „Signál bol nestabilný a slabý, dokázali sme z toho vydolovať 300 miliampérov, ale museli sme sa do toho oprieť z plných pľúc, aby sme do systému vohnali dostatočné množstvo vlhkosti,“ dodáva.
„Najskôr som si myslel – zase ďalší takýto pokus. Potom som sa na to pozrel podrobnejšie a uvedomil som si, že tentoraz by to mohlo skutočne vyjsť,“ dodáva Peter Dobson, emeritný profesor strojárstva na Oxfordskej univerzite. Oba tímy sledoval a tvrdí, že je to reálne.
Večná batéria
Vyššie spomenutý údaj je základom pre nové zariadenie, schopné získavať energiu zo vzduchu. Ak má materiál póry menšie ako 100 nanometrov, molekuly vody by mohli prechádzať z vrchnej vrstvy materiálu do spodnej. Keďže sú ale póry menšie, molekuly by narazili na ich hranu. Znamená to, že vrchná vrstva materiálu by bola častejšie bombardovaná molekulami nesúcimi náboj ako spodná vrstva. Tým vzniká nerovnováha, podobná tej ktorá sa objavuje v obyčajnom oblaku. Zo zariadenia sa tým pádom stáva batéria, ktorá funguje pokiaľ exituje vlhkosť vo vzduchu.
Vlhkosť zo vzduchu nikdy nezmizne úplne, preto by mohlo nové zariadenie fungovať nepretržite a za všetkých podmienok. V tomto smere prekonáva nedostatky iných alternatívnych spôsobov výroby energie, napríklad solárnych panelov alebo veterných elektrární, ktoré sú efektívne len počas jasného dňa a keď fúka vietor.
Ďalšou dobrou vlastnosťou je škálovateľnosť. Hovoríme o zariadeniach s hrúbkou zlomku ľudského vlasu. Ako autori vysvetľujú, môžeme ich naukladať na seba, čím zvýšime množstvo generovanej elektriny bez toho, aby sa zhoršil dopad na životné prostredie. Autori tvrdia, že zariadenie by mohlo dodať až kilowatt energie.
Najväčším problémom sú suroviny a výroba takýchto zariadení. Výskumníci z UMass Amherst používajú organické materiály, ktoré sú lacné. Tím projektu Catcher dosiahol výrazne lepšie výsledky vďaka oxidu zirkoničitému (ZrO2). Ljubčikovci sa spoliehali na dovoz z Ukrajiny, kde sú jeho bohaté ložiská. Invázia Ruska na Ukrajinu to narušila a preto malé množstvá materiálu nakupujú z Číny.
