В условиях климатического кризиса ситуация с энергетикой становится критической. Зависимость от ископаемого топлива, являющегося основным источником выбросов парниковых газов, требует срочного перехода на чистые, возобновляемые источники энергии для смягчения последствий глобального потепления и защиты окружающей среды.

Замечательный научный прорыв последнего времени может сыграть ключевую роль в переходе к низкоуглеродной экономике, предлагая устойчивое и экологически чистое энергетическое решение. Инженеры из Массачусетского университета в Амхерсте продемонстрировали возможность выработки электроэнергии из влаги в воздухе, что открывает путь к новому источнику чистой, возобновляемой энергии. Их работа опубликована в журнале Advanced Materials.

Революционные нанопоры

Ключ к открытию лежит в использовании нанопор — крошечных отверстий диаметром менее 100 нанометров, которые могут быть созданы практически в любом материале. Эти нанопоры улавливают электричество, генерируемое микроскопическими каплями воды в воздухе. Исследователи назвали это открытие «эффектом Air-gen».

Воздух, которым мы дышим, содержит большое количество электричества. Электричество в капельках воды связано с наличием ионов — атомов или молекул, несущих электрический заряд. Когда вода конденсируется, образуя капли, эти ионы могут входить в состав капель, придавая им электрический заряд.

При определенных условиях облако, состоящее из капель воды, может породить молнию. Однако до сих пор ни одна технология не смогла надежно зафиксировать электричество, производимое молнией.

В случае с эффектом Air-gen исследователи обнаружили, что молекулы воды, взвешенные в воздухе, могут передавать свой заряд материалу при столкновении с ним. Создав нанопоры в материале, они смогли увеличить количество столкновений и, следовательно, количество вырабатываемого электричества.

С практической точки зрения, нанопоры предназначены для того, чтобы молекулы воды в воздухе могли проходить из верхней части материала в нижнюю. Однако из-за их малого размера молекулы воды сталкиваются со стенками при прохождении, передавая свой заряд материалу. Это создает дисбаланс зарядов между двумя сторонами материала, генерируя де-факто электричество.

Важно отметить, что этот процесс не генерирует электричество из ничего. Скорее, он преобразует тепловую энергию воздуха (которая приводит в движение молекулы воды) в электричество. Это пример преобразования энергии — фундаментального принципа физики.

Чистое электрическое будущее

Основная цель Air-gen — уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива, которое является одним из основных источников выбросов парниковых газов, путем выработки электроэнергии практически из ничего. Еще одним преимуществом является то, что в зависимости от используемых материалов он может быть адаптирован к различным условиям окружающей среды, от тропических лесов до самых засушливых регионов. Поскольку влага вездесуща и считается неисчерпаемым ресурсом, эти устройства могли бы работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, независимо от погодных условий (засухи, жары) или времени суток.

Они также позволят создать более децентрализованное и автономное производство энергии, когда каждый дом или здание может вырабатывать собственную электроэнергию из влажности воздуха. Цзюнь Яо, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и соавтор исследования, сказал в своем заявлении: «Представьте себе будущее, в котором чистая электроэнергия доступна везде, куда бы вы ни пошли. Общий эффект Air-gen означает, что этот мир будущего может стать реальностью».

Более того, Air-gen не удаляет воду из окружающей среды, а просто использует энергию движущихся молекул воды. После извлечения энергии молекулы воды остаются в воздухе. Однако важно отметить, что эта технология все еще находится в зачаточном состоянии. Первые испытания показали, что устройство может производить напряжение в 260 милливольт в окружающей среде, в то время как для мобильного телефона требуется напряжение около 5 вольт. Тем не менее исследователи с оптимизмом смотрят на возможность увеличения производства электроэнергии путем укладки нескольких слоев этих тонких пленок.

Таким образом, Air-gen представляет собой значительное достижение в области чистой энергии. Используя вездесущую влагу в воздухе, мы, возможно, сможем производить электричество устойчивым и экологически чистым способом, помогая бороться с изменением климата и сохраняя планету для будущих поколений.