Дождь может стать источником чистой электроэнергии
Капли воды, падающие через трубку, генерируют достаточно электричества, чтобы зажечь 12 светодиодов. В перспективе такой метод может быть использован в системах на крышах для сбора большого количества чистой энергии из дождя.
«На Земле каждый день идет дождь. Вся его энергия теряется из-за отсутствия системы для ее сбора», — сетует Сиулинг Со из Национального университета Сингапура.
Обычно для генерации электричества из воды используется движение больших её объемов, вращающих турбины в реках, морях или даже водопроводных трубах. Однако вода, текущая по электропроводящей поверхности, тоже может вырабатывать энергию благодаря процессу, называемому разделением зарядов. Это происходит, когда положительно заряженные протоны молекул воды остаются в жидкости, а отрицательно заряженные электроны передаются поверхности — подобно тому, как можно создать статическое электричество, потерев воздушный шарик о волосы.
Такой способ считается неэффективным, потому что заряд создается только на поверхности, которой касается вода. А если использовать микро- или наноканалы для увеличения площади поверхности, то затраты энергии на прокачку воды через них оказываются выше, чем получаемая энергия.
Со и его коллеги создали простую установку, в которой вода движется вниз по вертикальной трубке высотой 32 см и внутренним диаметром 2 мм под действием силы тяжести. Разработка описана в журнале ACS Central Science.
Вода вытекает из нижней части контейнера через горизонтальную стальную иглу и падает в трубку. Капли, подобные дождевым, сталкиваются в верхней части трубки и захватывают пузырьки воздуха, создавая так называемый поршневой поток при падении. Такой прерывистый поток, по-видимому, помогает разделению зарядов молекул воды при их движении вниз по трубке. Электроды на концах трубки собирают выработанное электричество.
В эксперименте одна трубка выдала 440 микроватт. Соединив четыре таких трубки, исследователи сумели зажечь 12 светодиодов на 20 секунд.
«Впервые мы можем собирать энергию дождя или других природных источников, таких как реки или водопады, через разделение зарядов на границе твердого тела и жидкости», — доволен Со.
Мощность опытного дождевого генератора не впечатляет, но его КПД, по словам изобретателей, свыше 10%, что на пять порядков больше, чем при протекании воды через трубку непрерывным потоком.
«Дождь падает с высоты в несколько километров, так что в трехмерном пространстве есть много места для сбора его энергии», — говорит Со. Это означает, что систему можно использовать для генерации электричества из дождя, например, на крышах.
«Если метод удастся развить так, чтобы его можно было применять в каждом доме, это было бы действительно полезно», — прокомментировала исполнительный директор Института гидроэнергетики с низким влиянием Шеннон Эймс.
