Sähköä ohuesta ilmasta 24/7

Massachusettsin yliopiston Amherstin insinööriryhmä on äskettäin osoittanut, että melkein mistä tahansa materiaalista voidaan tehdä laite, joka kerää jatkuvasti sähköä ilman kosteudesta.

"Tämä on erittäin jännittävää", sanoo Xiaomeng Liu, sähkö- ja tietokonetekniikan jatko-opiskelija. "Avaamme leveän oven puhtaan sähkön talteenottoon tyhjästä."

"Ilma sisältää valtavan määrän sähköä", sanoo apulaisprofessori Jun Yao. "Ajattele pilveä, joka ei ole muuta kuin vesipisaroiden massa. Jokainen näistä pisaroista sisältää varauksen ja kun olosuhteet ovat oikeat, pilvi voi tuottaa salaman, mutta emme tiedä kuinka luotettavasti siepata salama sähköä. Olemme luoneet ihmisen rakentaman, pienen mittakaavan pilven, joka tuottaa meille ennustettavasti ja jatkuvasti sähköä, jotta voimme kerätä sitä."

Tämän tutkijoiden tekemän pilven ydin perustuu Yaon ja hänen kollegansa vuonna 2020 telemään löytöön, jolla sähköä voidaan kerätä jatkuvasti ilmasta käyttämällä erikoismateriaalia, joka on valmistettu Geobacter sulfurreducens - bakteerista kasvatetuista proteiininanolangoista.

"Ymmärsimme Geobacter-löydön jälkeen", Yao sanoo, "että kyky tuottaa sähköä ilmasta - mitä silloin kutsuimme "Air-gen-efektiksi" - osoittautuu yleiseksi: kirjaimellisesti mikä tahansa materiaali voi kerätä sähköä ilmasta, kunhan sillä on tietty ominaisuus."

Se tietty omaisuus on, että "reikien tulee olla pienempiä kuin 100 nanometriä tai alle tuhannesosa hiuksen leveydestä."

Tämä johtuu "keskimääräisen vapaan polun" parametristä, jonka yksi aineen molekyyli, tässä tapauksessa ilmassa oleva vesi, kulkee ennen kuin se törmää toiseen saman aineen yksittäiseen molekyyliin. Kun vesimolekyylejä suspendoidaan ilmaan, niiden keskimääräinen vapaa reitti on noin 100 nm.

Yao ja hänen kollegansa ymmärsivät, että he voisivat suunnitella sähköharvesterin tämän numeron perusteella. Tämä harvesteri valmistettaisiin ohuesta materiaalikerroksesta, joka on täytetty alle 100 nm:n nanohuokosilla, jotka päästäisivät vesimolekyylit kulkemaan materiaalin yläosasta alaosaan.

Mutta koska jokainen huokonen on niin pieni, vesimolekyylit törmäävät helposti huokosen reunoihin kulkiessaan ohuen kerroksen läpi. Näin kerroksen yläosaa pommitettaisiin paljon vahvemmin varausta kantavilla vesimolekyyleillä kuin alaosaa, mikä aiheuttaisi varausepätasapainon yläosan kasvattaessa varaustaan suhteessa alaosaan. Tämä loisi tehokkaasti akun - sellaisen, joka toimii niin kauan kuin ilmassa on kosteutta.

"Ajatus on yksinkertainen", Yao sanoo, "mutta sitä ei ole koskaan aiemmin löydetty ja se avaa kaikenlaisia mahdollisuuksia." Harvesteri voidaan suunnitella kirjaimellisesti kaikenlaisista materiaaleista, mikä tarjoaa laajat valinnat kustannustehokkaisiin ja ympäristöön mukautuviin valmisteisiin. "Voit luoda yhdestä materiaalista valmistettuja harvestereja sademetsäympäristöihin ja toisesta kuivemmille alueille."

Ja koska kosteutta on jatkuvasti läsnä, harvesteri toimii 24/7, satoi tai paistoi, yöllä ja tuulee tai ei, mikä ratkaisee yhden tuuli- tai aurinkoenergiatekniikoiden ongelmista.

Lopuksi, koska ilmankosteus leviää kolmiulotteiseen tilaan ja Air-gen-laitteen paksuus on vain murto-osa ihmisen hiuksen leveydestä, niitä voidaan pinota päällekkäin useita tuhansia, mikä suurentaa tehokkaasti kerättävää energiamäärää laitteen jalanjälkeä kasvattamatta. Tällainen Air-gen-laite pystyisi toimittamaan kilowattitason tehoa yleiseen sähkökäyttöön.

"Kuvittele tulevaisuuden maailmaa, jossa puhdasta sähköä on saatavilla kaikkialla", Yao sanoo. "Yleinen Air-gen-ilmiö tarkoittaa, että tästä tulevaisuuden maailmasta voi tulla todellisuutta."

Aiheesta aiemmin:

Elektronisia järjestelmiä nanovihreästä materiaalista