Учёные придумали, как добывать электричество из воздуха

Ученые Массачусетского университета в Амхерсте разработали технологию, которая позволяет добывать электричество из воздуха в прямом смысле этого слова. Разумеется, никакого нарушения закона сохранения энергии в этой технологии нет. В воздухе на самом деле содержится большое количество энергии, поэтому задача состоит лишь в том, чтобы извлечь ее и направить в провода или, к примеру, аккумуляторы.
Свое новое открытие, которое именно эту функцию и выполняет, ученые назвали “общим эффектом Air-gen”. Прибор, построенный на этом принципе, уже успешно генерирует электричество и показывает большие перспективы.

Откуда берется электричество в воздухе

В воздухе содержится колоссальное количество энергии. К примеру, парящие над нами облака — это, фактически, целые электростанции. Одно из исследований показало, что напряжение в одном грозовом облаке достигает 2 гигавольт. Но, к сожалению, люди еще не придумали как улавливать энергию молний, чтобы ее можно было использовать. Но что вообще такое облако и откуда в нем берется энергия?
Облака представляют собой пар, который сконденсировался в мелкие капельки воды, находящиеся в атмосфере во взвешенном состоянии. Как мы рассказывали в статье о снежных грозовых бурях, именно влага вызывает молнии. Отсюда следует, что пар в воздухе является источником энергии.


В воздухе содержится колоссальное количество энергии, но люди не умеют ее добывать

Ученые же смогли создавать устройство, которые позволяет непрерывно получать электричество из влажного воздуха. Его можно использовать по назначению, как и электроэнергию от любых других источников энергии.

Как работает искусственное облако

Прежде всего отметим, что идея получения электричества из воздуха уже далеко не новая. Недавно мы рассказывали о том, что ученые смогли добывать электричество при помощи бактерий, а точнее, ферментов бактерий, которые преобразовывают водород в электроэнергию.

Нынешняя же разработка не требует использования бактерий и водорода, так как электричество образуют молекулы воды. Для сбора этой энергии ученые использовали нанопоры (Air-gen). Их можно представить как трубки, диаметр которых составляет менее 100 нанометров. Это примерно одна тысячная диаметра человеческого волоса. Создать такие нанопоры хоть и сложно, но вполне возможно. Причем, по словам ученых, они могут быть выполнены из самого разного материала.



Устройство Air-gen добывает энергию, создаваемую молекулами воды в воздухе

Длина нанопор зависит от расстояния свободного пробега молекул воды в воздухе с повышенной влажностью, то есть расстояния, которое молекула проходит, до того как столкивается с другой молекулой воды. Поры имеют стенки из пленки, выполненной из таких материалов, как целлюлоза, протеин шелка или оксид графена.
Молекулы воды проникают Air-gen и проникают от верхней части к нижней, но при этом сталкиваются с боковыми пленочными стенками. В этот момент они передают заряд материалу, который накапливается. Так как больше молекул скапливаются в верхней части, разные стороны нанопоры накапливают разное количество энергии, то есть возникает дисбаланс.
Именно этот эффект приводит к возникновению молний в облаках. Из-за восходящих потоков, капли воды активнее сталкиваются в верхней части облака, поэтому вверху возникает избыток положительного заряда, а в нижней — избыток отрицательного заряда.



Air-gen генерирует электрический ток в лабораторных условиях

Заряд из Air-gen можно направлять для питания устройств или накапливать в аккумуляторе. Правда, ученые предупреждают, что прибор находится еще на довольно ранней стадии разработки. Сейчас он способен генерировать 260 милливольт энергии. К примеру, чтобы запитать смартфон, необходимо порядка 5 вольт. Однако Air-gen можно масштабировать, и команда знает, как это сделать. По их словам, мощность будет увеличиваться по мере увеличения толщины пленок, то есть пленки их можно накладывать друг на друга, о чем ученые сообщают в издании Advanced Materials.
Так как нанопоры могут быть изготовлены из разных материалов, устройства можно адаптировать к разной среде, в которой они будут эксплуатироваться. В настоящее время ученые работают над тестированием Air-gen в разных средах, а также занимаются масштабированием, что позволит сделать устройство более практичным.