Hidroelektrična energija: Budućnost obnovljive energije koja koristi prednost vlažnosti zraka

Posljednjih godina istraživanja u oblasti obnovljivih izvora energije su napravila veliki napredak u stalnoj potrazi za novim izvorima energije. Jedna od ovih inovacija, koja je počela izazivati ​​veliko interesovanje, je higroelektričnost, vrsta energije koja se proizvodi iz vlažnost u vazduhu. Ovaj koncept, izveden iz sposobnosti određenih materijala da generiraju električni naboj kao odgovor na promjene vlažnosti, je u procesu razvoja i mogao bi revolucionirati način na koji dobivamo energiju.

Šta je higroelektričnost?

La higroelektričnost, poznat i kao higroelektrična energija, je inovativna metoda za proizvodnju električne energije korištenjem prednosti vlažnosti okoliša. Za razliku od drugih obnovljivih izvora energije poput sunca ili vjetra, ne ovisi o specifičnim klimatskim faktorima kao što su direktna sunčeva svjetlost ili vjetar. Higroskopni materijali su ključ ovog fenomena, jer su sposobni da apsorbuju molekule vode koji postoje u okruženju i generišu potencijalnu razliku koja proizvodi električnu energiju.

Ovaj napredak, koji je proizašao iz pionirskih studija na univerzitetima kao što su Massachusetts (UMass) i Campinas (Brazil), otvorio je nove mogućnosti u oblasti obnovljivih izvora energije. Pokazalo se da određeni materijali, kao npr grafen oksid (GO) ili proteinske nanožice, može stvoriti električni naboj kada je u kontaktu s vlagom.

U slučaju grafenskog oksida, molekule vode koje prianjaju na njegovu površinu stvaraju potencijalnu razliku koja omogućava stvaranje električne struje kada je spojena na vanjski krug. Ovo je bilo ključno otkriće, jer se smatralo da materijali zahtijevaju sunčevu svjetlost da bi proizveli električnu energiju. Hidroelektrika nema ova meteorološka ograničenja, što ga čini vrlo obećavajućim rješenjem za budućnost.

Kako funkcionira higroelektrična energija?

Proces koji omogućava generiranje električne energije iz vlage temelji se na interakciji između higroskopnih materijala i molekula vode u okolišu. Ovi materijali, kao što je već spomenuto, imaju sposobnost apsorbuju vodu i generirati a razlika opterećenja. In the Projekat CATCHER, koji finansira Evropska unija, pokazao je da voda u atmosferi može akumulirati električna naboja nakon što je u kontaktu s česticama prašine koje se nalaze i u zraku. Interakcija između ovih čestica i kapljica vlage stvara malu potencijalnu razliku, koja, kada je dovoljno velika, omogućava dobijanje korisne električne struje.

Glavni materijali

Jedan od najčešće korištenih materijala za ovu vrstu energije su proteinske nanožice izrastao iz geobacter sulfurreducens, bakterija sposobna za prijenos elektrona u kontaktu s vlagom. Uređaj Air-gen koji je razvio UMass Amherst radi povezivanjem ovih nanožica sa sićušnim elektrodama kako bi se proizvela električna energija iz zraka.

Još jedan obećavajući primjer je upotreba grafen oksid (GO), materijal koji je pokazao veliku sposobnost stvaranja električnih naboja. Kada se molekuli vode iz atmosfere prianjaju na površinu GO, dolazi do razlike naboja koja uzrokuje da elektroni teku prema molekulima vode, stvarajući električnu struju.

Elektrode i nanopore

Dispozicija elektrode Takođe igra ključnu ulogu u poboljšanju efikasnosti higroelektrične energije. U stvari, oni koriste provodljive metale kao npr platina, zlato o Plata za poboljšanje efikasnosti hvatanja električne energije.

Nadalje, struktura materijala također ima direktan utjecaj na njegovu sposobnost stvaranja energije. U novijim istraživanjima pokazalo se da stvaranjem nanopore U ovim materijalima (tj. sitne perforacije manje od 100 nanometara), količina prikupljene vlage, a samim tim i količina proizvedene energije može se povećati.

Buduća primjena higroelektrične energije

Iako je tehnologija još uvijek u fazi razvoja, njen potencijal je vrlo visok. Kratkoročno gledano, već se istražuju aplikacije za hranjenje male uređaje kao što su pametni satovi, medicinski senzori i IoT uređaji. Ovi sistemi su idealni za higroelektričnu energiju jer zahtijevaju vrlo malo energije i u mnogim slučajevima se koriste na mjestima gdje je vlažnost uvijek prisutna, kao što su kuće ili zgrade.

U daljoj budućnosti mogle bi se razmotriti primjene velikih razmjera. Istraživanja poput HUNTER projekat Fokusirani su na razvoj materijala i uređaja koji mogu transformirati energiju vlage u mnogo veće količine. Na primjer, integracija ovih uređaja u solarni paneli da radi noću kada solarna energija nije dostupna.

Na mjestima s visokim nivoom vlažnosti, kao što su tropska okruženja higroelektrični kolektori Mogu se instalirati u domovima kako bi se generirao kontinuirani izvor ekološki prihvatljive energije. Nadalje, njegova dostupnost 24/7 nadmašuje intermitentnost drugih obnovljivih izvora kao što su solarna energija i energija vjetra.

Trenutna istraživanja i izazovi

Jedan od aktuelnih izazova u razvoju higroelektrične tehnologije je skalabilnost. Količina energije koju proizvodi jedan uređaj je relativno mala, tako da istraživači traže načine da slože više jedinica ili poboljšaju materijale kako bi povećali proizvedenu snagu.

El Catcher projekat radi na prototipu panela veličine 1 kvadratni metar i može proizvesti do 20W/m2. Iako to nije dovoljno za opskrbu cijelog domaćinstva, to je veliki korak ka komercijalnoj održivosti. Dugoročno, kombinovanje ove tehnologije sa drugim oblicima proizvodnje energije moglo bi dovesti do a raznovrsnija i održivija energetska infrastruktura.

Izbor materijala ostaje važan aspekt. Nanomaterijali su skupi i još nisu dostigli industrijsku skalabilnost neophodnu za komercijalizaciju velikih razmera. Međutim, napredak u nanotehnologiji i dalje otvara vrata za razvoj ekonomičnijih i efikasnijih uređaja.

Interes za higroelektričnu energiju nastavlja da raste, a ulaganja od strane organizacija kao što su Evropska unija u projektima kao što je CATCHER ističe da se na ovu tehnologiju u nastajanju polažu velika očekivanja.

Hidroelektrična energija je još u ranoj fazi razvoja, ali obećava da će biti jedna od ključnih tehnologija u okviru obnovljivih izvora energije. Kako istraživači nastavljaju da usavršavaju materijale i tehnike, uskoro bismo mogli vidjeti praktične primjene koje bi mogle promijeniti način na koji dobivamo i koristimo energiju.