Průlom v oblasti udržitelného získávání energie: Výroba elektřiny ze vzduchu

James Pikul z Penn Engineering vysvětluje, jak je možné využít novou a udržitelnou metodu získávání energie pomocí vody zachycené ve vzduchu, a diskutuje o důsledcích tohoto výzkumu.

Udržitelná řešení výroby energie, jako je větrná, solární a vodní energie, již dlouho představují lákavou alternativu k fosilním palivům. Jejich širokému rozšíření a účinnosti však brání několik faktorů, včetně přerušované povahy těchto zdrojů a jejich závislosti na specifických geografických podmínkách.

Nedávno však vědci z Massachusettské univerzity oznámili průlomový objev, díky němuž se týmu poprvé podařilo udržitelným způsobem využít jeden z nejrozšířenějších obnovitelných zdrojů – vzduch.

Penn Today se setkal s Jamesem Pikulou ze School of Engineering and Applied Science, aby s ním probral mechanismy a důsledky této slibné nové technologie.

Na čem tito výzkumníci pracovali?

Vytvořili zařízení, které získává elektrickou energii z vlhkosti vzduchu. Obzvláště zajímavé je, že k tomu mohou použít mnoho materiálů, pokud mají mnoho otvorů o průměru menším než 100 nanometrů, tzv. nanopórů.

V závislosti na použitém materiálu by se dosáhlo různých výsledků, pokud jde o účinnost a výkon, ale je to slibné a široká dostupnost materiálů má potenciál snížit náklady na tato zařízení a vyhnout se exotickým materiálům, které jsou nutné u mnoha jiných harvestorů, přičemž samotná metoda je zcela udržitelná.

Nevýhodou je, že tato zařízení generují velmi nízké proudy, v řádu nanoampérů, což znamená, že výkon je v současné době omezený.

Udržitelné získávání energie: Jak to funguje?

Molekuly vody jsou díky vazbám mezi vodíkem a kyslíkem poměrně polární, což znamená, že jedna strana molekuly je kladně nabitá a druhá strana záporně.

K tomu dochází proto, že atom kyslíku silně přitahuje elektrony – je tedy elektronegativnější než atomy vodíku. Strana molekuly vody s kyslíkem je tedy zápornější a strana s atomy vodíku je kladnější.

V tomto zařízení nanopóry vytvářejí v materiálu gradient vlhkosti, takže v horní části zařízení, která je vystavena vzduchu, je více molekul vody než ve spodní části zařízení. Tento článek naznačuje, že molekuly vody vytvářejí na nanoporézním materiálu čistý záporný náboj v důsledku způsobu, jakým molekuly vody interagují s povrchem.

Protože s horní částí zařízení interaguje více molekul vody, vytváří se v horní části zařízení větší záporný náboj, který vytváří rozdíl napětí ve srovnání se spodní částí zařízení, kde je méně molekul vody. Tato nerovnováha nábojů může generovat proud elektronů, který tuto rovnováhu uvede do rovnováhy, což je to, co zařízení napájí a jak získáváme elektřinu z baterií.

Jaké mohou být důsledky jejich zjištění?

Myslím, že všechny nové nápady, které mají potenciál zajistit čistou energii, jsou vzrušující. Pokud vím, je to jejich druhá práce, která dokazuje, že elektřinu lze vyrábět ze vzduchu, a protože detaily nejsou dobře známy, je tu spousta nových možností, jak pochopit, proč to funguje, a vyrobit zařízení, která budou fungovat lépe a možná dostatečně dobře, aby napájela skutečná zařízení.

Tvrdí, že to může fungovat konzistentněji než jakýkoli jiný obnovitelný zdroj energie, a uvádějí, že by to sklízelo 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, ale vlhkost se neustále mění, takže kvalita vyrobené energie se bude měnit v podobné frekvenci jako u jiných obnovitelných zdrojů, například podle cyklu den-noc.

To bude znamenat, že stále bude potřeba baterií nebo kondenzátorů k ukládání energie, aby byla k dispozici, kdykoli ji budeme potřebovat.

Každopádně je docela působivé, že se podařilo najít způsob, jak získat konstantní výrobu energie v něčem tak rozšířeném, jako je vzduch. Je to také opravdu zajímavý nový mechanismus, těším se, až se dozvím více o vědě, jejích skutečných omezeních a míře, do jaké to lze škálovat, a také o nových možnostech, které to otevře dalším výzkumníkům v této oblasti.

Jedním z největších problémů, s nimiž se dnes potýkáme, je spolehlivé dodávání čisté energie do domácností a dopravy, takže každou technologii, která tento cíl posouvá kupředu nebo přináší nové nápady, vítám.

James Pikul je odborným asistentem na katedře strojního inženýrství a aplikované mechaniky na Fakultě inženýrství a aplikovaných věd na Pensylvánské univerzitě.

Zdroj: University of Pennsylvania, redakce