Hügroelekter: õhuniiskust ära kasutava taastuvenergia tulevik

• Hügroelekter toodab niiskusest elektrit ilmast sõltumata.
• Sellised materjalid nagu grafeenoksiid ja nanojuhtmed on selle toimimise võtmeks.
• Väikesemahulisi rakendusi juba katsetatakse, pidades silmas jätkusuutlikku tulevikku.

Viimastel aastatel on taastuvenergia valdkonna teadusuuringud teinud suuri edusamme pidevas uute energiaallikate otsimises. Üks neist uuendustest, mis on hakanud suurt huvi tekitama, on hügroelektrienergia, teatud tüüpi energia, mida toodetakse õhuniiskus. See kontseptsioon, mis tuleneb teatud materjalide võimest tekitada elektrilaeng vastuseks niiskuse muutustele, on väljatöötamisel ja võib muuta energia hankimise viisi.

Mis on hügroelekter?

La hügroelektrienergia, tuntud ka kui hügroelektriline energia, on uuenduslik meetod elektri tootmiseks, kasutades ära keskkonna niiskust. Erinevalt teistest taastuvatest energiaallikatest, nagu päike või tuul, ei sõltu see konkreetsetest kliimateguritest, nagu otsene päikesevalgus või tuul. Hügroskoopsed materjalid on selle nähtuse võti, kuna need on võimelised absorbeerima keskkonnas leiduvaid veemolekule ja tekitama elektrit tootva potentsiaalse erinevuse.

See edusamm, mis sündis teedrajavatest õpingutest sellistes ülikoolides nagu Massachusetts (UMass) ja Campinas (Brasiilia), on avanud uusi võimalusi taastuvenergia valdkonnas. On näidatud, et teatud materjalid, nt grafeenoksiid (GO) o los valgu nanojuhtmed, võib niiskusega kokkupuutel tekitada elektrilaengut.

Grafeenoksiidi puhul tekitavad selle pinnale kleepuvad veemolekulid potentsiaalide erinevuse, mis võimaldab välise vooluringiga ühendamisel tekitada elektrivoolu. See oli oluline avastus, kuna arvati, et materjalid vajavad elektri tootmiseks päikesevalgust. Hügroelektril neid meteoroloogilisi piiranguid ei ole, mis muudab selle tuleviku jaoks väga paljutõotavaks lahenduseks.

Kuidas hügroelekter töötab?

Protsess, mis võimaldab niiskusest elektrit toota, põhineb hügroskoopsete materjalide ja keskkonnas leiduvate veemolekulide vastasmõjul. Need materjalid, nagu varem mainitud, on võimelised vett imama ja genereerida a koormuse erinevus. Aastal CATCHER projekt, mida rahastab Euroopa Liit, on näidanud, et atmosfääri vesi võib koguneda elektrilaenguid pärast kokkupuudet tolmuosakestega, mis on samuti õhus. Nende osakeste ja niiskuse tilkade vaheline interaktsioon tekitab väikese potentsiaalide erinevuse, mis, kui see on piisavalt suur, võimaldab saada kasulikku elektrivoolu.

Peamised materjalid

Üks enim kasutatud materjale seda tüüpi energia jaoks on valgu nanojuhtmed aastast kasvanud geobacter sulfurreducens, bakter, mis on võimeline niiskusega kokkupuutel elektrone üle kandma. Seade Air-gen mille on välja töötanud UMass Amherst, ühendab need nanojuhtmed pisikeste elektroodidega, et toota õhust elektrit.

Teine paljutõotav näide on kasutamine grafeenoksiid (GO), materjal, mis on näidanud suurt võimet genereerida elektrilaenguid. Kui atmosfääri veemolekulid kleepuvad GO pinnale, tekib laengute erinevus, mis põhjustab elektronide voolu veemolekulide suunas, tekitades elektrivoolu.

Elektroodid ja nanopoorid

Dispositsioon elektroodid Samuti mängib see otsustavat rolli hügroelektri efektiivsuse parandamisel. Tegelikult kasutavad nad juhtivaid metalle nagu Plaatina, kuld o Plata parandada elektri kogumise tõhusust.

Lisaks mõjutab materjali struktuur otseselt selle energiatootmisvõimet. Hiljutised uuringud on näidanud, et luues nanopoorid Nendes materjalides (st pisikesed perforatsioonid alla 100 nanomeetri) saab suurendada kogutud niiskuse hulka ja seega ka toodetava energia hulka.

Hügroelektri tulevikurakendused

Kuigi tehnoloogia on alles arendusjärgus, on selle potentsiaal väga kõrge. Lühiajalises perspektiivis uuritakse juba rakendusi söötmiseks väikesed seadmed näiteks nutikellad, meditsiinilised andurid ja asjade Interneti-seadmed. Need süsteemid sobivad ideaalselt hügroelektri jaoks, kuna nõuavad väga vähe energiat ja paljudel juhtudel kasutatakse neid kohtades, kus on alati niiskus, näiteks kodudes või hoonetes.

Kaugemas tulevikus võiks kaaluda suuremahulisi rakendusi. Uuringud nagu HUNTER projekt Nad on keskendunud materjalide ja seadmete väljatöötamisele, mis suudavad niiskusenergiat palju suuremateks kogusteks muuta. Näiteks nende seadmete integreerimine päikesepaneelid töötada öösel, kui päikeseenergia pole saadaval.

Kõrge niiskustasemega kohtades, näiteks troopilises keskkonnas, on need hügroelektrilised kollektorid Neid saab paigaldada kodudesse, et toota pidevat keskkonnasõbralikku energiaallikat. Lisaks ületab selle ööpäevaringne kättesaadavus teiste taastuvate allikate, nagu päikeseenergia ja tuuleenergia, vahelduvust.

Praegused uuringud ja väljakutsed

Üks praegustest väljakutsetest hügroelektritehnoloogia arendamisel on mastaapsuse. Ühe seadme toodetav võimsus on suhteliselt väike, nii et teadlased otsivad võimalusi, kuidas mitut seadet virnastada või materjale täiustada, et suurendada toodetavat võimsust.

El Püüdja ​​projekt töötab prototüüppaneeli kallal, mis on 1 ruutmeetri suurune ja suudab toota kuni 20 W/m2. Kuigi sellest ei piisa kogu majapidamise varustamiseks, on see suur samm ärilise elujõulisuse suunas. Pikemas perspektiivis võib selle tehnoloogia kombineerimine teiste energiatootmisviisidega kaasa tuua a mitmekesisem ja säästvam energiainfrastruktuur.

Materjalide valik on endiselt oluline aspekt. Nanomaterjalid on kallid ega ole veel saavutanud laiaulatuslikuks turustamiseks vajalikku tööstuslikku mastaapsust. Nanotehnoloogia edusammud avavad aga jätkuvalt uksi säästlikumate ja tõhusamate seadmete väljatöötamiseks.

Huvi hügroelektri vastu kasvab jätkuvalt ja selliste organisatsioonide investeeringud nagu ELi sellistes projektides nagu CATCHER juhib tähelepanu sellele, et sellele arenevale tehnoloogiale seatakse suured ootused.

Hügroelekter on alles varajases arengujärgus, kuid see tõotab olla taastuvenergia valdkonnas üks võtmetehnoloogiaid. Kuna teadlased jätkavad materjalide ja tehnikate täiustamist, võime varsti näha praktilisi rakendusi, mis võivad muuta energia hankimise ja kasutamise viisi.