Hygroelektricitet: Fremtiden for vedvarende energi, der udnytter luftfugtighed

I de senere år har forskningen inden for vedvarende energi gjort store fremskridt i den konstante søgen efter nye energikilder. En af disse innovationer, som er begyndt at skabe stor interesse, er hygroelektricitet, en type energi, der genereres fra fugt i luften. Dette koncept, der er afledt af visse materialers evne til at generere en elektrisk ladning som reaktion på ændringer i luftfugtighed, er under udvikling og kan revolutionere den måde, vi får energi på.

Hvad er hygroelektricitet?

La hygroelektricitetOgså kendt som hygroelektrisk energi, er en innovativ metode til at generere elektricitet ved at udnytte miljøets fugtighed. I modsætning til andre vedvarende energier såsom sol eller vind, afhænger det ikke af specifikke klimatiske faktorer såsom direkte sollys eller vind. Hygroskopiske materialer er nøglen til dette fænomen, da de er i stand til at absorbere vandmolekyler, der findes i miljøet, og generere en potentiel forskel, der producerer elektricitet.

Dette fremskridt, som blev født fra banebrydende studier på universiteter som Massachusetts (UMass) og Campinas (Brasilien), har åbnet nye muligheder inden for vedvarende energi. Det har vist sig, at visse materialer, som f.eks grafenoxid (GO) eller protein nanotråde, kan generere elektrisk ladning, når den er i kontakt med fugt.

I tilfælde af grafenoxid skaber de vandmolekyler, der klæber til dens overflade, en potentialforskel, der tillader generering af elektrisk strøm, når den er forbundet til et eksternt kredsløb. Dette var en nøgleopdagelse, da man troede, at materialerne krævede sollys for at generere elektricitet. Hygroelektricitet har ikke disse meteorologiske restriktioner, hvilket gør det til en meget lovende løsning for fremtiden.

Hvordan virker hygroelektricitet?

Processen, der tillader generering af elektricitet fra fugt, er baseret på samspillet mellem hygroskopiske materialer og vandmolekyler i miljøet. Disse materialer har, som før nævnt, evnen til absorbere vand og generere en belastningsforskel. I CATCHER projekt, finansieret af EU, har vist, at vand i atmosfæren kan akkumulere elektriske ladninger efter at være i kontakt med støvpartikler, der også er i luften. Interaktionen mellem disse partikler og fugtdråberne genererer en lille potentialforskel, som, når den er stor nok, tillader en nyttig elektrisk strøm.

Hovedmaterialer

Et af de mest brugte materialer til denne type energi er protein nanotråde vokset fra Geobacter svovlreducens, en bakterie, der er i stand til at overføre elektroner i kontakt med fugt. Enheden Luft-gen udviklet af UMass Amherst arbejder ved at forbinde disse nanotråde med små elektroder for at generere elektricitet fra luft.

Et andet lovende eksempel er brugen af grafenoxid (GO), et materiale, der har vist en stor kapacitet til at generere elektriske ladninger. Når vandmolekyler fra atmosfæren klæber til overfladen af ​​GO, opstår der en ladningsforskel, der får elektroner til at strømme mod vandmolekylerne og generere en elektrisk strøm.

Elektroder og nanoporer

Dispositionen af elektroder Det spiller også en afgørende rolle i at forbedre effektiviteten af ​​hygroelektricitet. Faktisk bruger de ledende metaller som f.eks Platin, guld o plata at forbedre effektiviteten af ​​elfangst.

Ydermere har materialets struktur også direkte indflydelse på dets evne til at generere energi. Det har vist sig i nyere forskning, at ved at skabe nanoporer I disse materialer (dvs. små perforeringer mindre end 100 nanometer) kan mængden af ​​opsamlet fugt og dermed mængden af ​​produceret energi øges.

Fremtidige anvendelser af hygroelektricitet

Selvom teknologien stadig er i en udviklingsfase, er dens potentiale meget høj. På kort sigt er applikationer allerede ved at blive udforsket til foder små enheder såsom smarture, medicinske sensorer og IoT-enheder. Disse systemer er ideelle til hygroelektricitet, fordi de kræver meget lidt energi og i mange tilfælde bruges på steder, hvor der altid er fugtighed, såsom inde i boliger eller bygninger.

I en længere fremtid vil store ansøgninger kunne overvejes. Forskning som HUNTER projekt De er fokuseret på at udvikle materialer og enheder, der kan omdanne fugtenergi til meget større mængder. For eksempel integrationen af ​​disse enheder i solpaneler at fungere om natten, når solenergi ikke er tilgængelig.

På steder med høj luftfugtighed, såsom tropiske miljøer, er disse hygroelektriske samlere De kunne installeres i boliger for at generere en kontinuerlig kilde til miljøvenlig energi. Ydermere overgår dens 24/7 tilgængelighed uregelmæssigheden af ​​andre vedvarende kilder såsom solenergi og vindenergi.

Aktuel forskning og udfordringer

En af de aktuelle udfordringer i udviklingen af ​​hygroelektricitetsteknologi er skalerbarhed. Mængden af ​​strøm produceret af en enkelt enhed er relativt lille, så forskere leder efter måder at stable flere enheder på eller forbedre materialer for at øge den genererede strøm.

El Catcher projekt arbejder på et prototypepanel, der måler 1 kvadratmeter og kan producere op til 20W/m2. Selvom det ikke er nok at forsyne en hel husstand, er det et stort skridt mod kommerciel levedygtighed. På lang sigt kan en kombination af denne teknologi med andre former for energiproduktion føre til en mere diversificeret og bæredygtig energiinfrastruktur.

Materialevalget er fortsat et vigtigt aspekt. Nanomaterialer er dyre og har endnu ikke nået den industrielle skalerbarhed, der er nødvendig for kommercialisering i stor skala. Fremskridt inden for nanoteknologi fortsætter dog med at åbne døre for at udvikle mere økonomiske og effektive enheder.

Interessen for hygroelektricitet fortsætter med at vokse, og investeringer fra organisationer som f.eks EU i projekter som CATCHER påpeger, at der stilles store forventninger til denne nye teknologi.

Hygroelektricitet er stadig i sine tidlige udviklingsstadier, men det lover at blive en af ​​nøgleteknologierne inden for rækken af ​​vedvarende energi. Efterhånden som forskere fortsætter med at forfine materialer og teknikker, kan vi snart se praktiske anvendelser, der kan ændre den måde, vi opnår og bruger energi på.