Воздух буквально пропитан электричеством, заявляют учёные. Его можно добывать из атмосферы где угодно и когда угодно. Наглядный пример — это грозы. Грозу можно воссоздать на уровне отдельных молекул и это может стать фактически бесконечным источником энергии, рассказали исследователи из США.
Источник изображения: Pixabay
Проблемой добычи электричества из воздуха давно занимаются учёные из Массачусетского технологического университета в Амхерсте (UMass Amherst). Много лет они экспериментируют с культурами бактерий Geobacter sulfurreducens. В серии научных работ исследователи показали, что наноструктуры из бактерий и продуктов их жизнедеятельности способны вырабатывать электричество. Бактерии производят белковые нити нанометровой толщины и тем самым создают среду для надёжной абсорбации влаги из воздуха. На основе разработки, например, учёные представили пластырь, вырабатывающий электричество при сборе пота человека.
Источник изображения: Xinying Liu
Объёмный материал из множества нанонитей создаёт в своей толще перепад уровня влажности между одним электродом и другим, и запускает процесс ионизации во влажной среде. Это естественным образом ведёт к возникновению разности потенциалов на электродах и к протеканию тока, если к ним подключить нагрузку. Всё что нужно для работы такого генератора — это влага в воздухе, а она есть даже в пустыне.
Дальнейшие работы по совершенствованию «воздушного» генератора привели к удивительному открытию. Оказалось, что для его создания бактерии совершенно не нужны. Генератор можно создать из множества легкодоступных материалов, но главное соблюсти определённые условия. Ключевое из них — это создание перепада влажности, а как его добиться — это дело десятое.
Доказательство концепции в одной из предыдущих работ группы UMass Amherst. Источник изображения: Nature
В самом простом случае генератор по извлечению электричества из воздуха представляет собой две лежащие друг на друге перфорированные плёнки. Перфорация выбирается такой, чтобы молекулы воды проникали сквозь неё с трудом, в частности, для атмосферной влаги — это 100 нм. Тем самым на верхней плёнке скапливается больше влаги, чем на нижней и таких слоёв может быть множество — это своего рода насыщенное влагой грозовое облако.
Для влажных районов материал может быть один, для пустынных областей — другой, и всё это без какой-либо возни с бактериальными колониями, о чём исследователи рассказали в журнале Advanced Materials. Таким образом, заключают учёные, из многослойных структур можно создавать генераторы электричества из воздуха киловаттного уровня и это звучит потрясающе.