Водяной пар как крупнейший источник возобновляемой энергии
Электричество, генерируемое при взаимодействии молекул воды и металлов, может стать крупнейшим источником возобновляемой энергии. Это исследование ставит под сомнение устоявшиеся представления о влажности и ее возможностях в качестве источника энергии
Использование возобновляемых источников энергии, таких как ветер, солнце, геотермальная энергия, биомасса и гидроэнергетика дает большие надежды ученым и политикам из-за предоставляемых возможностей в борьбе с изменением климата.
Исследование Тель-Авивского университета продемонстрировало, что водяной пар, находящийся в атмосфере, может стать крупнейшим источником возобновляемой энергии будущего.
Исследование основано на открытии, которое демонстрирует, как в результате естественного взаимодействия молекул воды и металлических поверхностей образуется электричество.
«Электричество во время грозы вырабатывается только водой, находящейся в разных ее фазах: водяным паром, каплями воды и льдом. Двадцать минут развития облаков показывают, как капли воды создают огромные электрические разряды - молнии, длиной в километры».
Исследователи, основываясь на результатах более ранних открытий, намеревались создать крошечную низковольтную батарею, которая использует в своей работе только влажность воздуха. Например, в девятнадцатом веке английский физик Майкл Фарадей обнаружил, что капли воды через трение могут заряжать металлические поверхности. Более поздние исследования показали, что некоторые металлы могут самопроизвольно накапливать электрический заряд при воздействии влаги.
Ученые провели лабораторный эксперимент по определению напряжения между двумя разными металлами, подвергнутыми воздействию высокой относительной влажности, при этом один из них имел заземление. «Было обнаружено, что между металлами напряжение не возникало, если воздух был сухим».
«Но как только относительная влажность поднималась выше 60%, между двумя изолированными металлическими поверхностями начинало возникать напряжение. Когда уровень влажности опускался ниже 60%, напряжение исчезало. Когда эксперимент провели на улице в естественных условиях, результат повторился».
«Вода - это особая молекула. Во время молекулярных столкновений она может передавать электрический заряд от одной молекулы к другой. За счет трения создается своего рода статическое электричество».
«Пытаясь получить электричество в лаборатории, было обнаружено, что разные изолированные металлические поверхности накапливают различное количество заряда из водяного пара, присутствующего в атмосфере, но только если относительная влажность воздуха выше 60%. В Израиле это происходит почти каждый день летом, в большинстве тропических стран - каждый день».
Это исследование ставит под сомнение устоявшиеся представления о влажности и ее возможностях в качестве источника энергии. «Людям известно, как сухой воздух производит статическое электричество, и это иногда можно заметить, если дотронуться до металлической дверной ручки, приходя с улицы. Вода считается хорошим проводником электричества, а не чем-то, что может накапливать заряд на своей поверхности. Однако, похоже, что все становится иначе, когда относительная влажность превышает определенный порог».
Исследователи продемонстрировали, что влажный воздух может создавать на поверхностях напряжение до около одного вольт. «Если батарея АА имеет напряжение 1,5 В, то в будущем можно разработать батареи, которые можно заряжать от водяного пара, находящегося в воздухе».
С исследовательской работой можно ознакомиться на вэб-сайте научного издания Nature Scientific Reports, https://doi.org/10.1038/s41598-020-64409-2.
Источник: American Friends of Tel Aviv University
