Výzkum v oblasti obnovitelných zdrojů energie udělal v posledních letech velký pokrok v neustálém hledání nových zdrojů energie. Jednou z těchto inovací, která začala vyvolávat velký zájem, je hygroelektřina, druh energie, která je generována z vlhkost ve vzduchu. Tento koncept, odvozený ze schopnosti určitých materiálů generovat elektrický náboj v reakci na změny vlhkosti, je v procesu vývoje a mohl by způsobit revoluci ve způsobu získávání energie.
Co je to hydroelektřina?
La hygroelektřina, Como también conocida hygroelektrická energie, je inovativní způsob výroby elektřiny využitím vlhkosti prostředí. Na rozdíl od jiných obnovitelných energií, jako je slunce nebo vítr, nezávisí na konkrétních klimatických faktorech, jako je přímé sluneční světlo nebo vítr. Hygroskopické materiály jsou klíčem k tomuto jevu, protože jsou schopny absorbovat molekuly vody existující v životním prostředí a generovat potenciálový rozdíl, který produkuje elektřinu.
Tento pokrok, který se zrodil z průkopnických studií na univerzitách jako Massachusetts (UMass) a Campinas (Brazílie), otevřel nové možnosti v oblasti obnovitelných energií. Ukázalo se, že určité materiály, jako např oxid grafenu (GO) nebo proteinové nanodrátky, může při kontaktu s vlhkostí generovat elektrický náboj.
V případě oxidu grafenu molekuly vody, které ulpívají na jeho povrchu, vytvářejí potenciálový rozdíl, který umožňuje generování elektrického proudu při připojení k vnějšímu obvodu. To byl klíčový objev, protože se předpokládalo, že materiály vyžadují sluneční světlo k výrobě elektřiny. Hygroelektřina nemá tato meteorologická omezení, což z něj dělá velmi slibné řešení do budoucna.
Jak funguje hydroelektřina?
Proces, který umožňuje výrobu elektřiny z vlhkosti, je založen na interakci mezi hygroskopickými materiály a molekulami vody v prostředí. Tyto materiály, jak již bylo zmíněno, mají schopnost absorbovat vodu a vygenerovat a rozdíl zatížení. V projekt CATCHER, financovaný Evropskou unií, prokázal, že voda v atmosféře může po kontaktu s prachovými částicemi, které jsou také ve vzduchu, akumulovat elektrické náboje. Interakce mezi těmito částicemi a kapičkami vlhkosti vytváří malý rozdíl potenciálu, který, když je dostatečně velký, umožňuje získat užitečný elektrický proud.
Hlavní materiály
Jedním z nejpoužívanějších materiálů pro tento druh energie jsou proteinové nanodrátky vyrostl z geobacter sulfurreducens, bakterie schopná přenášet elektrony v kontaktu s vlhkostí. Zařízení Air-gen vyvinutý UMass Amherst funguje tak, že spojuje tyto nanodrátky s drobnými elektrodami a vyrábí elektřinu ze vzduchu.
Dalším slibným příkladem je použití oxid grafenu (GO), materiál, který prokázal velkou schopnost generovat elektrický náboj. Když molekuly vody z atmosféry přilnou k povrchu GO, dojde k rozdílu v náboji, který způsobí, že elektrony proudí směrem k molekulám vody a generují elektrický proud.
Elektrody a nanopóry
Dispozice elektrody Hraje také zásadní roli při zlepšování účinnosti hydroelektrické energie. Ve skutečnosti používají vodivé kovy jako např Platina, zlato o Silver zlepšit účinnost zachycování elektřiny.
Struktura materiálu má navíc přímý vliv na jeho schopnost generovat energii. Nedávný výzkum ukázal, že vytvořením nanopóry V těchto materiálech (tj. drobné perforace menší než 100 nanometrů) lze zvýšit množství nashromážděné vlhkosti a tím i množství vyrobené energie.
Budoucí aplikace hydroelektřiny
Přestože je technologie stále ve fázi vývoje, její potenciál je velmi vysoký. V krátkodobém horizontu se již zkoumají aplikace, které by krmily malá zařízení jako jsou chytré hodinky, lékařské senzory a zařízení internetu věcí. Tyto systémy jsou ideální pro hygroelektřinu, protože vyžadují velmi málo energie a v mnoha případech se používají v místech, kde je vždy přítomna vlhkost, například uvnitř domů nebo budov.
Ve vzdálenější budoucnosti by se dalo uvažovat o rozsáhlých aplikacích. Výzkum jako projekt HUNTER Zaměřují se na vývoj materiálů a zařízení, která dokážou přeměnit energii vlhkosti na mnohem větší množství. Například integrace těchto zařízení do solární panely pracovat v noci, když není k dispozici sluneční energie.
V místech s vysokou vlhkostí, jako jsou tropická prostředí, tyto hygroelektrické kolektory Mohly by být instalovány v domácnostech, aby generovaly nepřetržitý zdroj energie šetrné k životnímu prostředí. Jeho nepřetržitá dostupnost navíc předčí občasné přerušování jiných obnovitelných zdrojů, jako je solární energie a větrná energie.
Aktuální výzkum a výzvy
Jednou ze současných výzev ve vývoji hygroelektrické technologie je škálovatelnost. Množství energie produkované jedním zařízením je relativně malé, takže výzkumníci hledají způsoby, jak naskládat více jednotek nebo zlepšit materiály, aby zvýšili generovanou energii.
El Projekt Catcher pracuje na prototypu panelu, který měří 1 metr čtvereční a dokáže vyrobit až 20 W/m2. I když to nestačí zásobit celou domácnost, je to velký krok ke komerční životaschopnosti. Z dlouhodobého hlediska by kombinace této technologie s jinými formami výroby energie mohla vést k a diverzifikovanější a udržitelnější energetická infrastruktura.
Důležitým aspektem zůstává výběr materiálů. Nanomateriály jsou drahé a dosud nedosáhly průmyslové škálovatelnosti nezbytné pro komercializaci ve velkém měřítku. Pokroky v nanotechnologiích však nadále otevírají dveře k vývoji ekonomičtějších a účinnějších zařízení.
Zájem o hygroelektřinu stále roste a investice od organizací, jako je např EU v projektech jako CATCHER poukazuje na to, že na tuto nově vznikající technologii jsou kladena velká očekávání.
Hygroelektřina je stále v rané fázi vývoje, ale slibuje, že bude jednou z klíčových technologií v rámci obnovitelných zdrojů energie. Jak výzkumníci pokračují ve zdokonalování materiálů a technik, možná se brzy dočkáme praktických aplikací, které by mohly změnit způsob získávání a využívání energie.