Ученые придумали, как производить электричество из ничего

Ученые из США разработали устройство, которое генерирует электроэнергию просто из воздуха.

Инженеры из Массачусетса изобрели способ, который позволяет создавать электричество из чистого воздуха. Нет, это не ветряная турбина, — в основе устройстве лежит простейший микроорганизм, пишет «Новое время».

К середине XXI века энергетический кризис только набирает обороты.

Экоактивисты обвиняют крупнейшие нефтегазовые корпорации в создании парникового эффекта и глобальном потеплении.

Ну а экологически чистые источники электроэнергии пока недостаточно эффективны для того, чтобы их можно было массового использовать в транспортной сфере или на производстве.

Конечно, некоторым странам удалось перейти на почти полное использование возобновляемой электроэнергии, но в масштабах всей планеты этого пока не сильно меняет ситуацию.

В связи с этим, ученые продолжают исследовать наиболее экзотические варианты производства электроэнергии.

Использовать энергию галактики, как писал фантаст Хельге Каутц, мы пока не научились, но даже на Земле есть некоторые поразительные источники электричества.

Один из таких недавно обнаружили представители Университета Массачусетса в Амхерсте.

Фото: indiatimes.com

Что изобрели ученые?

На днях инженеры из США опубликовали исследование, согласно которому они создали устройство для производства электроэнергии просто из воздуха.

Авторы открытия вдохновились биологическим организмом — протобактерией рода Geobacter, которую обнаружили около 30 лет назад у берегов реки Потомак на Восточном побережье США.

Этот микроорганизм, который обитает в иле, имеет некоторые бактериальные нанопроволоки, и может проводить электричество даже без кислорода.

Ученые из Массачусетса использовали нанопроволоки бактерии Geobacter, которые состоят из белка и могут проводить электричество, и разработали на их основе «воздушный генератор», — устройство, способное беспрерывно создавать электроэнергию.

Нанопроволока в генераторе, аналогичная той, которую обнаружили в микроорганизме, использует водяной пар в атмосфере и постоянно создает электрический ток с помощью двух электродов.

Фото: UMass Amherst/Yao and Lovley labs/Ella Maru Studio

«Ожидается, что эта диффузия заряда вызовет уравновешивающее электрическое поле или потенциал, аналогичный потенциалу мембран в биологических системах. Поддерживаемая степень влажности, которая принципиально отличается от всего, что наблюдалось в предыдущих системах, объясняет непрерывное выходное напряжение от нашего нанопроволочного устройства», — объясняют авторы изобретения.

По их словам, воздушный генератор может работать при минимальной влажности воздуха в атмосфере, — даже в условиях сухой пустыни.

Правда, напряжение и сила производимой электроэнергии от такого генератора мизерные: устройство может поддерживать примерно 0,5 Вольт с плотностью тока около 17 микроампер на квадратный сантиметр.

Ученые говорят, что нескольких таких генераторов может хватить для зарядки небольших гаджетов.

«Конечная цель заключается в создании крупномасштабных систем. Как только мы перейдем к промышленным масштабам производства проволоки — мы сможем создать большие системы, которые внесут существенный вклад в устойчивое производство электроэнергии», — объясняет один из создателей генератора Джун Яо (Jun Yao).

Воздушных генератор ученых из США — это не первое устройство в своем роде. Ранее инженеры создавали системы для производства электроэнергии из снега, дождя и даже космического холода.

Фото: backboneconnect.co.uk

Экзотическая энергия

В мае 2019-го инженеры из CША и Японии представили устройство, которое генерирует электричество из космического холода.

По сути это была усовершенствованная солнечная панель, которая с помощью инфракрасного фотодиода-полупроводника производит электричество за счет разницы температур между Землей и космическим пространством.

Благодаря тепловой энергии Земли, которая остается ночью от дневного солнечного излучения, фотодиод может улавливать специальными лучами космический холод в ночном небе, и остывать сильнее, чем металлическая подложка под ним.

Непосредственно производить электричество из-за разницы температур позволяет элемент Пельтье — полупроводниковое устройство, которое генерирует электроэнергию при нагреве одной стороны и охлаждении другой.

Как и в случае с воздушным генератором из нанопроволоки, такой способ создания электричества малоэффективен: мощность установки составила лишь 64 нановатт электроэнергии на квадратный метр.

К сравнению, у обычных солнечных панелей этот показатель составляет от 100 до 200 Ватт.

В перспективе, технологию можно использовать для переработки оставшейся тепловой энергии от различных машин в электричество.

«Пустота Вселенной является термодинамическим ресурсом. С точки зрения оптоэлектронной физики, существует действительно очень красивая симметрия между сбором входящего излучения и сбором исходящего излучения», — говорил автор исследования Шаньху Фань.

Ранее калифорнийская компания Nanotech Energy заявила о создании электроэнергии с помощью трения снега: так называемый трибоэлектрический эффект позволил генерировать электрический заряд при трении кремниевого элемента о снег.

Фото: UCLA

Поскольку мельчайшие частицы снега несут позитивный электрический заряд, а кремний является негативно заряженным материалом, — устройство позволяет производить электроэнергию как и из простого снегопада, так и устанавливать электрод на колесо велосипеда или подошву обуви.

Устройство Nanotech Energy может генерировать мгновенную плотность энергии электромагнитного поля всего до 0,2 мВт/м2, напряжение разомкнутой цепи до 8 Вольт и плотность тока до 40 мкА/м2.

Это все равно очень низкие показатели, поскольку даже для простого освещения помещения нужна лампа накаливания с плотностью энергии электромагнитного поля в 20 Вт/м2.

Такую систему предложили использовать для небольших метеостанций мониторинга погоды в режиме реального времени, что позволит получать информацию о скорости снегопада, количестве осадков, направлении ветра и т. д.