Higroelectricitate: Viitorul energiei regenerabile profitând de umiditatea aerului

În ultimii ani, cercetările în domeniul energiei regenerabile au făcut pași mari în căutarea constantă a unor noi surse de energie. Una dintre aceste inovații, care a început să genereze un mare interes, este higroelectricitate, un tip de energie care este generată din umiditatea din aer. Acest concept, derivat din capacitatea anumitor materiale de a genera o sarcină electrică ca răspuns la schimbările de umiditate, este în proces de dezvoltare și ar putea revoluționa modul în care obținem energie.

Ce este higroelectricitatea?

La higroelectricitate, cunoscut și sub numele de energie higroelectrică, este o metodă inovatoare de a genera energie electrică profitând de umiditatea mediului. Spre deosebire de alte energii regenerabile, cum ar fi solarul sau eolianul, aceasta nu depinde de factori climatici specifici, cum ar fi lumina directă a soarelui sau vântul. Materialele higroscopice sunt cheia acestui fenomen, deoarece sunt capabile să absoarbă moleculele de apă existente în mediu și să genereze o diferență de potențial care produce electricitate.

Acest avans, care s-a născut din studii de pionierat la universități precum Massachusetts (UMass) și Campinas (Brazilia), a deschis noi posibilități în domeniul energiilor regenerabile. S-a demonstrat că anumite materiale, precum oxid de grafen (GO) o los nanofire proteice, poate genera sarcina electrica in contact cu umiditatea.

În cazul oxidului de grafen, moleculele de apă care aderă la suprafața acestuia creează o diferență de potențial care permite generarea de curent electric atunci când sunt conectate la un circuit extern. Aceasta a fost o descoperire cheie, deoarece se credea că materialele au nevoie de lumina soarelui pentru a genera electricitate. Higroelectricitatea nu are aceste restricții meteorologice, ceea ce o face o soluție foarte promițătoare pentru viitor.

Cum funcționează higroelectricitatea?

Procesul care permite generarea de energie electrică din umiditate se bazează pe interacțiunea dintre materialele higroscopice și moleculele de apă din mediu. Aceste materiale, așa cum am menționat anterior, au capacitatea de a absorb apa și generează a diferenta de sarcina. În Proiectul CATCHER, finanțat de Uniunea Europeană, a demonstrat că apa din atmosferă poate acumula sarcini electrice după ce a intrat în contact cu particule de praf care se află și în aer. Interacțiunea dintre aceste particule și picăturile de umiditate generează o mică diferență de potențial, care, atunci când este suficient de mare, permite obținerea unui curent electric util.

Materiale principale

Unul dintre cele mai folosite materiale pentru acest tip de energie sunt nanofire proteice crescut din geobacter sulfurreducens, o bacterie capabilă să transfere electroni în contact cu umiditatea. Dispozitivul Aer-gen dezvoltat de UMass Amherst funcționează prin conectarea acestor nanofire cu electrozi mici pentru a genera electricitate din aer.

Un alt exemplu promițător este utilizarea oxid de grafen (GO), un material care a demonstrat o mare capacitate de a genera sarcini electrice. Când moleculele de apă din atmosferă aderă la suprafața GO, apare o diferență de sarcină care face ca electronii să curgă către moleculele de apă, generând un curent electric.

Electrozi și nanopori

Dispozitia de electrozi De asemenea, joacă un rol crucial în îmbunătățirea eficienței higroelectricității. De fapt, folosesc metale conductoare precum Platino, aur o Silver pentru a îmbunătăți eficiența captării energiei electrice.

În plus, structura materialului are, de asemenea, un impact direct asupra capacității sale de a genera energie. S-a arătat în cercetările recente că, prin creare nanopori În aceste materiale (adică perforații minuscule mai mici de 100 de nanometri), cantitatea de umiditate colectată și, prin urmare, cantitatea de energie produsă poate fi crescută.

Aplicații viitoare ale higroelectricității

Deși tehnologia este încă într-un stadiu de dezvoltare, potențialul ei este foarte mare. Pe termen scurt, aplicațiile sunt deja explorate pentru a alimenta dispozitive mici precum ceasuri inteligente, senzori medicali și dispozitive IoT. Aceste sisteme sunt ideale pentru higroelectricitate deoarece necesită foarte puțină energie și, în multe cazuri, sunt folosite în locuri în care umiditatea este mereu prezentă, cum ar fi în interiorul caselor sau clădirilor.

În viitorul mai îndepărtat, ar putea fi luate în considerare aplicații la scară largă. Cercetare ca proiect HUNTER Aceștia se concentrează pe dezvoltarea materialelor și dispozitivelor care pot transforma energia umidității în cantități mult mai mari. De exemplu, integrarea acestor dispozitive în panouri solare să funcționeze noaptea când energia solară nu este disponibilă.

În locurile cu un nivel ridicat de umiditate, cum ar fi mediile tropicale, acestea colectoare higroelectrice Acestea ar putea fi instalate în case pentru a genera o sursă continuă de energie ecologică. În plus, disponibilitatea sa 24/7 depășește intermitența altor surse regenerabile, cum ar fi energia solară și energia eoliană.

Cercetări curente și provocări

Una dintre provocările actuale în dezvoltarea tehnologiei de higroelectricitate este scalabilitate. Cantitatea de energie produsă de un singur dispozitiv este relativ mică, așa că cercetătorii caută modalități de a stivui mai multe unități sau de a îmbunătăți materialele pentru a crește puterea generată.

El Proiect Catcher lucrează la un panou prototip care măsoară 1 metru pătrat și poate produce până la 20W/m2. Deși nu este suficient pentru a furniza o întreagă gospodărie, este un pas mare către viabilitatea comercială. Pe termen lung, combinarea acestei tehnologii cu alte forme de generare a energiei ar putea duce la a infrastructură energetică mai diversificată și durabilă.

Alegerea materialelor rămâne un aspect important. Nanomaterialele sunt scumpe și nu au atins încă scalabilitatea industrială necesară pentru comercializarea pe scară largă. Cu toate acestea, progresele în domeniul nanotehnologiei continuă să deschidă uși pentru a dezvolta dispozitive mai economice și mai eficiente.

Interesul pentru higroelectricitate continuă să crească, iar investițiile de la organizații precum The UE în proiecte precum CATCHER subliniază că există așteptări mari de la această tehnologie emergentă.

Higroelectricitatea este încă în stadiile incipiente de dezvoltare, dar promite să fie una dintre tehnologiile cheie din gama energiilor regenerabile. Pe măsură ce cercetătorii continuă să perfecționeze materialele și tehnicile, este posibil să vedem în curând aplicații practice care ar putea schimba modul în care obținem și folosim energie.