А в чем тренд?
В начале XX века сербско-американский изобретатель Никола Тесла мечтал создавать безграничную бесплатную электроэнергию из окружающего воздуха. Его мечты не были реализованы, но перспектива получения электричества из атмосферы в XXI веке вновь захватывает воображение исследователей. Эта сфера называется «гигроэлектричество», и она набирает популярность в контексте непрерывного поиска источников чистой и возобновляемой энергии для замедления глобального потепления.
Случайное открытие
В мае 2023 года группа специалистов из Массачусетского университета в Амхерсте (UMass) опубликовала работу, в которой заявила об успешном создании небольшого, но непрерывного электрического тока за счет влажности воздуха. Исследование было вдохновлено случайным открытием в 2018 году. Ведущий автор научной работы, профессор Цзюнь Яо делится подробностями: «На самом деле, мы были заинтересованы в создании простого датчика влажности воздуха. По какой-то причине студент, работавший над ним, забыл подключить питание».
Батарейка в нанопроволоке
Команда UMass с удивлением обнаружила, что датчик влажности из микроскопических нанопроволок генерирует электрический сигнал и без питания. Ширина каждой из них составляла 0,001% человеческого волоса, за счет чего внутрь каждой могла проникнуть молекула находящейся в воздухе воды. Однако каждая проволока была настолько узкой, что молекула толкалась внутри, придавая материалу небольшой заряд. Цзюнь Яо объясняет: «Это действительно похоже на батарею. У вас есть положительное и отрицательное притяжение [с двух концов проволоки]. Когда вы соединяете их, заряд начинает течь».
Освещение одного пикселя
В последнем исследовании группа Цзюнь Яо заменила нанопроволоки на материалы с миллионами крошечных отверстий — нанопоры. Из них ученые создали устройство длиной с ноготь большого пальца и толщиной с 20% от одного человеческого волоса. Оно способно генерировать примерно 1 мкВт электроэнергии. Этого достаточно, чтобы осветить один пиксель на светодиодном экране телевизора. Цзюнь Яо объясняет потенциал разработки: «Вся прелесть в том, что воздух находится повсюду. Даже если тонкий лист устройства выделяет очень малое количество энергии, его можно объединить с другими, сложить слоями и увеличить мощность».
Расширение объема генерации
Увеличением мощности занимается другая команда — профессор Светлана Любчик и ее сыновья-близнецы, профессора Андрей и Сергей Любчики. Светлана и Андрей — участники португальского проекта Catcher. Его цель — «превращение атмосферной влаги в возобновляемую энергию». Вместе с Сергеем они основали стартап CascataChuva для монетизации результатов исследования. Впервые они начали работать над этой идеей в 2015 году, за несколько лет до команды UMass.
За последние восемь лет Catcher получил финансирование в €5,5 млн от Европейского совета по инновациям. Эти средства позволили изобретателям создать тонкий серый диск диаметром 4 см. По словам Светланы Любчик, одно такое устройство может генерировать относительно скромные 1,5 В. Однако 20 тыс. аппаратов, сложенных в куб размером со стиральную машину, могут вырабатывать 10 кВт⋅ч энергии. Примерно столько потребляет в сутки средняя европейская семья. Прототип такого крупного устройства исследователи планируют подготовить к демонстрации в 2024 году.
Расширение чистой энергии
Команда CascataChuva признает, что на оптимизацию прототипа и расширение производства могут уйти годы. Однако если ученые добьются успеха, то преимущества будут очевидны. В отличие от солнечных и ветряных гигроэлектрические генераторы смогут работать практически постоянно. Разработчики даже надеются, что смогут создать из устройств строительные материалы. Андрей Любчик подчеркивает: «Представьте, что из этого материала можно построить часть здания. Не нужно будет передавать энергию или строить отдельную инфраструктуру для нее».