Vědci našli způsob, jak získávat elektřinu ze vzduchu

Vědci z univerzity v Massachusetts předvedli světu zařízení, které dokáže nepřetržitě získávat elektrickou energii z vlhkosti vzduchu. Navíc lze v podobné zařízení přeměnit téměř jakýkoli materiál, stačí jej vyplnit nanopóry o průměru menšími než 100 nanometrů. V současné době však ještě není zařízení připraveno k praktickému použití, ale podle jeho vývojářů překonává některá omezení jiných metod získávání energie.

Potřeba elektřiny v lidstvu rok od roku roste. Odkud jinudy ji můžeme získat? Ukazuje se, že některé potenciální zdroje elektřiny jsou těžko viditelné, ale energii máme doslova na dosah ruky. Dokázali to vědci z Massachusettské univerzity v Amherstu. Vyvinuli zařízení, které dokáže čerpat energii pomocí vlhkosti vzduchu. Popis a výsledky výzkumu se objevily v časopise Advanced Materials.

Proces generování blesků

Předpokladem pro zařízení vyvinuté americkými vědci je vzduch, nebo možná ne přímo vzduch, ale dostatečná vlhkost. Pro ilustraci si stačí na chvíli představit mrak. Jak víme, představuje obrovskou koncentraci vodních kapek. A každá z těchto kapek nese určitý elektrický náboj. Když nastanou příznivé podmínky, mohou tyto náboje způsobit, že se v mraku vytvoří blesk.

Získávání elektřiny přímo z blesku je však prozatím mimo naše možnosti. Bylo by proto vhodné pokusit se tuto energii využít ještě předtím, než blesk udeří. A právě to je nápad skupiny vědců. Zatím se jim podařilo v laboratoři vytvořit malý oblak, který je schopen produkovat energii kontrolovaným a předvídatelným způsobem.

Jak je ale něco takového vůbec možné? Jaký je mechanismus takového „generátoru energie“? Podle tvůrců této metody je to poměrně jednoduché. Vše, co je potřeba, je porézní materiál, ve kterém by póry, nebo spíše nanopóry, měly průměr pouhých 100 nanometrů. Zdá se, že je to jeden z těch úkolů, které se snáze řeknou, než provedou, i když to není nemožné. Každopádně vztaženo k tomu, co si dokážeme představit: je to zhruba jedna tisícina tloušťky lidského vlasu.

Proč 100 nanometrů? Důvodem je parametr známý jako střední volná dráha, tedy vzdálenost, kterou urazí jedna molekula látky, v tomto případě vody ve vzduchu, než se srazí s jinou molekulou téže látky. Když jsou molekuly vody zavěšeny ve vzduchu, jejich střední volná dráha je přibližně 100 nanometrů.

Jak to funguje?

Tenká vrstva nanoporézního materiálu může být vyrobena například z celulózy nebo oxidu grafenu. Molekuly vody ve vzduchu snadno pronikají nanopóry. Poté postupně klesají shora dolů, cestou však putují podél stěn pórů. To znamená, že horní část vrstvy porézního materiálu by byla bombardována mnohem větším množstvím molekul vody nesoucích náboj než spodní část, čímž by vznikla nábojová nerovnováha podobná mraku, jak se něco podobného pozoruje například v souvislosti s bleskem. Tímto způsobem byl vytvořen generátor, který mohl fungovat, dokud byla ve vzduchu vlhkost.

Takto vyrobenou energii bylo možné použít k napájení malého zařízení nebo ji uložit do baterií. Neměli bychom však očekávat, že se v den, kdy je vysoká vlhkost vzduchu, pohodlně posadíme v parku a jednoduše vytáhneme panel, abychom si například nabili chytrý telefon.

Účinnost, kterou je třeba zlepšit

V současné době je práce stále ve velmi rané fázi. Pomocí vrstvy celulózového materiálu se například podařilo vygenerovat pouze napětí 260 milivoltů, zatímco mobilní telefon potřebuje alespoň 5 voltů. Takové vrstvy však bude možné kumulovat, čímž se jejich schopnosti zvýší. Nejdůležitější je však skutečnost, že pozorovaný efekt existuje a skutečně otevírá mnoho možností.

Vlhkost je ve vzduchu přítomna téměř vždy, takže takový generátor by mohl pracovat 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, za deště i za slunce, ve dne i v noci, bez ohledu na to, zda fouká vítr. To řeší jeden z hlavních problémů technologií větrné nebo solární energie, které fungují pouze za určitých podmínek.

Zdroj: redakce, onlinelibrary.wiley.com, UMASS