Hygroelektrina: Budúcnosť obnoviteľnej energie s využitím vlhkosti vzduchu

Výskum v oblasti obnoviteľných zdrojov energie urobil v posledných rokoch veľký pokrok v neustálom hľadaní nových zdrojov energie. Jednou z týchto noviniek, ktorá začala vyvolávať veľký záujem, je hygroelektřina, typ energie, ktorá sa generuje z vlhkosť vo vzduchu. Tento koncept, odvodený od schopnosti určitých materiálov generovať elektrický náboj v reakcii na zmeny vlhkosti, je v procese vývoja a mohol by spôsobiť revolúciu v spôsobe získavania energie.

Čo je to hydroelektrina?

La hygroelektřina, taktiež známy ako hygroelektrická energia, je inovatívny spôsob výroby elektriny využitím vlhkosti prostredia. Na rozdiel od iných obnoviteľných energií, ako je slnečná alebo veterná energia, nezávisí od konkrétnych klimatických faktorov, ako je priame slnečné svetlo alebo vietor. Hygroskopické materiály sú kľúčom k tomuto javu, pretože sú schopné absorbovať molekuly vody existujúce v prostredí a generovať potenciálny rozdiel, ktorý produkuje elektrinu.

Tento pokrok, ktorý sa zrodil z priekopníckych štúdií na univerzitách ako Massachusetts (UMass) a Campinas (Brazília), otvoril nové možnosti v oblasti obnoviteľných energií. Ukázalo sa, že určité materiály, ako napr oxid grafénu (GO) o los proteínové nanovlákna, môže pri kontakte s vlhkosťou vytvárať elektrický náboj.

V prípade oxidu grafénu molekuly vody, ktoré priľnú k jeho povrchu, vytvárajú potenciálny rozdiel, ktorý umožňuje generovanie elektrického prúdu pri pripojení k vonkajšiemu obvodu. Toto bol kľúčový objav, pretože sa predpokladalo, že materiály vyžadujú slnečné svetlo na výrobu elektriny. Hygroelektrina nemá tieto meteorologické obmedzenia, čo z neho robí veľmi perspektívne riešenie do budúcnosti.

Ako funguje hydroelektrina?

Proces, ktorý umožňuje výrobu elektriny z vlhkosti, je založený na interakcii medzi hygroskopickými materiálmi a molekulami vody v prostredí. Tieto materiály, ako už bolo spomenuté, majú schopnosť absorbovať vodu a vygenerovať a rozdiel zaťaženia, V projekt CATCHER, financovaný Európskou úniou, ukázal, že voda v atmosfére môže po kontakte s prachovými časticami, ktoré sú aj vo vzduchu, akumulovať elektrické náboje. Interakcia medzi týmito časticami a kvapôčkami vlhkosti vytvára malý potenciálny rozdiel, ktorý, keď je dostatočne veľký, umožňuje získať užitočný elektrický prúd.

Hlavné materiály

Jedným z najpoužívanejších materiálov pre tento typ energie sú proteínové nanovlákna vyrastal z Geobacter sulfurreducensbaktéria schopná prenášať elektróny v kontakte s vlhkosťou. Zariadenie Air-gen vyvinutý spoločnosťou UMass Amherst funguje tak, že tieto nanodrôty spájajú s malými elektródami a generujú elektrinu zo vzduchu.

Ďalším sľubným príkladom je použitie oxid grafénu (GO), materiál, ktorý preukázal veľkú schopnosť vytvárať elektrické náboje. Keď molekuly vody z atmosféry priľnú k povrchu GO, dôjde k rozdielu v náboji, ktorý spôsobí, že elektróny prúdia smerom k molekulám vody a generujú elektrický prúd.

Elektródy a nanopóry

Dispozícia elektródy Zohráva tiež kľúčovú úlohu pri zlepšovaní účinnosti hygroelektrickej energie. V skutočnosti používajú vodivé kovy ako napr Platina, zlato o platiť zlepšiť účinnosť zachytávania elektriny.

Štruktúra materiálu má navyše priamy vplyv na jeho schopnosť vytvárať energiu. Nedávny výskum ukázal, že vytváraním nanopóry V týchto materiáloch (t. j. drobné perforácie menšie ako 100 nanometrov) sa môže zvýšiť množstvo zhromaždenej vlhkosti a tým aj množstvo vyrobenej energie.

Budúce aplikácie hydroelektriny

Hoci je technológia stále vo fáze vývoja, jej potenciál je veľmi vysoký. V krátkodobom horizonte sa už skúmajú aplikácie na kŕmenie malé zariadenia ako sú inteligentné hodinky, medicínske senzory a zariadenia internetu vecí. Tieto systémy sú ideálne pre hygroelektrickú energiu, pretože vyžadujú veľmi málo energie a v mnohých prípadoch sa používajú na miestach, kde je vždy prítomná vlhkosť, ako napríklad vo vnútri domov alebo budov.

Vo vzdialenejšej budúcnosti by sa dalo uvažovať o rozsiahlych aplikáciách. Výskum ako projekt HUNTER Zameriavajú sa na vývoj materiálov a zariadení, ktoré dokážu transformovať energiu vlhkosti na oveľa väčšie množstvá. Napríklad integrácia týchto zariadení v solárne panely pracovať v noci, keď nie je k dispozícii slnečná energia.

Na miestach s vysokou vlhkosťou, ako sú tropické prostredia, tieto hygroelektrické kolektory Mohli by byť inštalované v domácnostiach, aby vytvorili nepretržitý zdroj energie šetrnej k životnému prostrediu. Okrem toho jeho dostupnosť 24 hodín denne, 7 dní v týždni prevyšuje prerušovanosť iných obnoviteľných zdrojov, ako je solárna a veterná energia.

Súčasný výskum a výzvy

Jednou zo súčasných výziev vo vývoji hygroelektrickej technológie je škálovateľnosť. Množstvo energie produkovanej jedným zariadením je relatívne malé, takže výskumníci hľadajú spôsoby, ako naskladať viacero jednotiek alebo zlepšiť materiály na zvýšenie generovanej energie.

El Projekt Catcher pracuje na prototype panelu, ktorý meria 1 meter štvorcový a dokáže vyprodukovať až 20 W/m2. Aj keď to nestačí na zásobovanie celej domácnosti, je to veľký krok ku komerčnej životaschopnosti. Z dlhodobého hľadiska by kombinácia tejto technológie s inými formami výroby energie mohla viesť k a diverzifikovanejšej a udržateľnejšej energetickej infraštruktúry.

Dôležitým aspektom zostáva výber materiálov. Nanomateriály sú drahé a ešte nedosiahli priemyselnú škálovateľnosť potrebnú na komercializáciu vo veľkom meradle. Pokroky v nanotechnológii však naďalej otvárajú dvere k vývoju ekonomickejších a efektívnejších zariadení.

Záujem o hygroelektrinu neustále rastie a investície od organizácií ako napr EÚ v projektoch ako CATCHER poukazuje na to, že na túto vznikajúcu technológiu sú kladené veľké očakávania.

Hygroelektrina je stále v ranom štádiu vývoja, ale sľubuje, že bude jednou z kľúčových technológií v rámci obnoviteľných energií. Keďže výskumníci pokračujú v zdokonaľovaní materiálov a techník, možno čoskoro uvidíme praktické aplikácie, ktoré by mohli zmeniť spôsob získavania a využívania energie.