Хигроелектричество: Бъдещето на възобновяемата енергия, използваща предимствата на влажността на въздуха

През последните години изследванията в областта на възобновяемата енергия постигнаха голям напредък в постоянното търсене на нови източници на енергия. Една от тези иновации, която започна да предизвиква голям интерес, е хигроелектричество, вид енергия, която се генерира от влажност на въздуха. Тази концепция, произтичаща от способността на определени материали да генерират електрически заряд в отговор на промените във влажността, е в процес на развитие и може да революционизира начина, по който получаваме енергия.

Какво е Хигроелектричество?

La хигроелектричество, също известен като хидроелектрическа енергия, е иновативен метод за генериране на електричество, като се възползва от влажността на околната среда. За разлика от други възобновяеми енергии като слънчева или вятърна, тя не зависи от специфични климатични фактори като пряка слънчева светлина или вятър. Хигроскопичните материали са ключът към това явление, тъй като те са способни да абсорбират водни молекули, съществуващи в околната среда, и да генерират потенциална разлика, която произвежда електричество.

Този напредък, роден от пионерски проучвания в университети като Масачузетс (UMass) и Кампинас (Бразилия), отвори нови възможности в областта на възобновяемите енергийни източници. Доказано е, че някои материали, като напр графенов оксид (GO) или протеинови наножици, може да генерира електрически заряд при контакт с влага.

В случай на графенов оксид, водните молекули, които се придържат към повърхността му, създават потенциална разлика, която позволява генерирането на електрически ток, когато е свързан към външна верига. Това беше ключово откритие, тъй като се смяташе, че материалите изискват слънчева светлина, за да генерират електричество. Хидроелектричеството няма тези метеорологични ограничения, което го прави много обещаващо решение за бъдещето.

Как работи хидроелектричеството?

Процесът, който позволява генериране на електричество от влага, се основава на взаимодействието между хигроскопичните материали и водните молекули в околната среда. Тези материали, както беше споменато по-горе, имат способността да абсорбира вода и генерирайте a разлика в натоварването, В Проект CATCHER, финансиран от Европейския съюз, показа, че водата в атмосферата може да натрупа електрически заряди след контакт с прахови частици, които също са във въздуха. Взаимодействието между тези частици и капчиците влага генерира малка потенциална разлика, която, когато е достатъчно голяма, позволява да се получи полезен електрически ток.

Основни материали

Едни от най-използваните материали за този вид енергия са протеинови наножици израснал от geobacter sulfurreducens, бактерия, способна да пренася електрони при контакт с влага. Устройството Въздушен ген разработено от UMass Amherst работи чрез свързване на тези нанопроводници с малки електроди за генериране на електричество от въздуха.

Друг обещаващ пример е използването на графенов оксид (GO), материал, който демонстрира голям капацитет за генериране на електрически заряди. Когато водните молекули от атмосферата се придържат към повърхността на GO, възниква разлика в заряда, която кара електроните да текат към водните молекули, генерирайки електрически ток.

Електроди и нанопори

Разпореждането на електроди Той също така играе решаваща роля за подобряване на ефективността на хидроелектричеството. Всъщност те използват проводими метали като напр платина, злато o сребърен за подобряване на ефективността на улавяне на електроенергия.

Освен това структурата на материала също оказва пряко влияние върху способността му да генерира енергия. В последните изследвания е показано, че чрез създаване нанопори В тези материали (т.е. малки перфорации под 100 нанометра) количеството събрана влага и следователно количеството произведена енергия може да се увеличи.

Бъдещи приложения на хидроелектричеството

Въпреки че технологията все още е в етап на развитие, нейният потенциал е много висок. В краткосрочен план приложенията вече се проучват за захранване малки устройства като смарт часовници, медицински сензори и IoT устройства. Тези системи са идеални за хидроелектричество, тъй като изискват много малко енергия и в много случаи се използват на места, където винаги има влажност, като например вътре в домове или сгради.

В по-далечно бъдеще може да се обмислят широкомащабни приложения. Изследвания като Проект HUNTER Те са фокусирани върху разработването на материали и устройства, които могат да трансформират енергията на влагата в много по-големи количества. Например интегрирането на тези устройства в слънчеви панели за работа през нощта, когато няма налична слънчева енергия.

На места с високи нива на влажност, като например тропически среди, тези хигроелектрически колектори Те могат да бъдат инсталирани в домове, за да генерират непрекъснат източник на екологична енергия. Освен това, неговата денонощна наличност надминава периодичността на други възобновяеми източници като слънчева енергия и вятърна енергия.

Текущи изследвания и предизвикателства

Едно от настоящите предизвикателства в развитието на технологията за хидроелектричество е мащабируемост. Количеството енергия, произведено от едно устройство, е относително малко, така че изследователите търсят начини да подредят множество единици или да подобрят материалите, за да увеличат генерираната мощност.

El Проект Catcher работи върху прототип на панел, който измерва 1 квадратен метър и може да произвежда до 20W/m2. Въпреки че не е достатъчно да снабди цяло домакинство, това е голяма стъпка към търговската жизнеспособност. В дългосрочен план комбинирането на тази технология с други форми на генериране на енергия може да доведе до a по-диверсифицирана и устойчива енергийна инфраструктура.

Изборът на материали остава важен аспект. Наноматериалите са скъпи и все още не са достигнали промишлената мащабируемост, необходима за широкомащабна комерсиализация. Въпреки това напредъкът в нанотехнологиите продължава да отваря врати за разработване на по-икономични и ефективни устройства.

Интересът към хидроелектричеството продължава да нараства, а инвестициите от организации като Европейския съюз в проекти като CATCHER посочва, че има големи очаквания към тази нововъзникваща технология.

Хидроелектричеството все още е в начален етап на развитие, но обещава да бъде една от ключовите технологии в гамата от възобновяеми енергийни източници. Докато изследователите продължават да усъвършенстват материалите и техниките, скоро може да видим практически приложения, които могат да променят начина, по който получаваме и използваме енергия.