Tim inženjera sa Univerziteta Massachusetts Amherst u nedavnom istraživanju pokazao je da se gotovo svaki materijal može pretvoriti u uređaj koji kontinuirano sakuplja električnu energiju iz vlage u zraku. Tajna je u tome da materijal sadrži nanopore promjera manjeg od 100 nanometara. Istraživanje je objavljeno u časopisu Advanced Materials.
“Zrak sadrži ogromnu količinu elektriciteta”, kaže Jun Yao, docent električkog i računalnog inženjerstva na Tehničkom fakultetu UMass Amherst i senior autor. “Zamislite oblak, koji nije ništa više od mase kapljica vode. Svaka od tih kapljica sadrži naboj, i kada su uslovi pogodni, oblak može proizvesti munju. Ali ne znamo kako pouzdano uhvatiti elektricitet iz munje. Mi smo zato stvorili vještački oblak malih razmjera koji za nas proizvodi električnu energiju kontinuirano i na predvidljiv način kako bismo je mogli sakupljati.”
U srcu tog ljudskog vještačkog oblaka jeste tzv. “generički Air-gen efekat”. Zasniva se na radu koji su Yao i koautor Derek Lovley, uvaženi profesor mikrobiologije na UMass Amherst, prethodno dovršili 2020. i pokazali da se električna energija može kontinuirano sakupljati iz zraka pomoću specijaliziranog materijala napravljenog od proteinskih nanostruktura (engl. nanowires) uzgojenih u bakteriji Geobacter sulfurreducens.
Ovi naučnici su otkrili da doslovno bilo koja vrsta materijala može prikupljati elektricitet iz zraka, sve dok ima određeno svojstvo – rupe manje od 100 nanometara (nm).
To je zbog parametra koji se zove “srednji slobodni put”, odnosno udaljenosti koju jedna molekula unutar supstance, u ovom slučaju molekula vode u zraku, pređe prije nego što udari u drugu molekulu unutar te supstance. Kada su molekule vode suspendirane u zraku, njihov srednji slobodni put je oko 100 nm.
Na osnovu tog principa, Yao i njegovi kolege shvatili su da mogu dizajnirati sakupljač energije, koji bi bio napravljen od tankog sloja materijala ispunjenog nanoporama manjim od 100 nm koje bi propuštale molekule vode iz gornjeg u donji dio materijala. Zbog toga što je svaka pora tako mala, molekule vode lahko bi udarile u rub pore dok prolaze kroz tanki sloj. To znači da bi gornji dio sloja bio bombardiran s mnogo više molekula vode koje nose naboj nego donji dio, stvarajući neravnotežu naboja, poput one u oblaku. To bi u konačnici stvorilo bateriju i to onu koja radi sve dok ima vlage u zraku.
“Ideja je jednostavna”, kaže Yao, “ali nikada prije nije predstavljena i otvara razne mogućnosti.” Sakupljač se može dizajnirati od doslovno svih vrsta materijala, nudeći širok izbor za ekonomične i ekološki prihvatljive opcije. “Možete zamisliti sakupljače napravljene od jedne vrste materijala za prašume, a druge za sušnija područja.”
A budući da je vlaga stalno prisutna, sakupljač bi radio 24 sata dnevno, 7 dana u sedmici, po kiši ili suncu, noću i puhao vjetar ili ne, što rješava jedan od glavnih problema tehnologija poput vjetrenjača ili solara, koje rade samo pod određenim uslovima.
Na kraju, budući da se vlaga iz zraka raspršuje u trodimenzionalnom prostoru, a debljina Air-gen uređaja je samo mali dio širine ljudske dlake, hiljade takvih uređaja mogu se naslagati jedni na druge, učinkovito povećavajući količinu energije bez povećanja otiska uređaja. Takav Air-gen uređaj bio bi sposoban isporučiti snagu na razini kilovata za opću upotrebu električne energije.
Izvor: ScienceDaily
Prevod: AbrašMEDIA