Возобновляемые источники энергии - ветер, солнце, гидроэлектрические плотины, геотермальные источники и биомасса – вызывают интерес ученых в связи с их огромным потенциалом в борьбе с изменением климата. Новое исследование, проведенное Тель-Авивским университетом, демонстрирует, как водяной пар в атмосфере потенциально может стать источником возобновляемой энергии в будущем.
Исследование, проведенное профессором Колином Прайсом совместно с профессором Хадасом Саарони и докторантом Джуди Лаксом из Школы Портера по окружающей среде и науке о Земле, показывает, что электричество материализуется во время взаимодействия молекул воды и металлических поверхностей. Работа была опубликована в научных отчетах 6 мая 2020 года.
«Мы стремились извлечь выгоду из естественного явления: электричество из воды», - объясняет профессор Прайс. «Электричество во время грозы вырабатывается только разными формами воды - водяным паром, каплями воды и льдом. Двадцать минут преобразования в облаках и капли воды превращаются в огромные электрические разряды - молнии - длиной около полумили».
Ученые попробовали создать миниатюрную низковольтную батарейку, использующую только влажность воздуха, основываясь на результатах предыдущих открытий. Например, в девятнадцатом веке английский физик Майкл Фарадей обнаружил, что капли воды могут заряжать металлические поверхности во время трения. Более поздние исследования показали, что некоторые металлы самопроизвольно накапливают электрический заряд при воздействии влаги.
Ученые провели лабораторный эксперимент по определению напряжения между двумя разными металлами, подвергающимися воздействию высокой относительной влажности, при этом один из них заземлен. «Мы обнаружили, что между ними не было напряжения, когда воздух был сухим», - объясняет профессор Прайс. «Но как только относительная влажность поднялась выше 60%, между двумя изолированными металлическими поверхностями стало возникать напряжение. Когда уровень влажности понизился до уровня ниже 60%, напряжение исчезло. На улице в естественных условиях, результат был такой же».
«Вода - это особая молекула. Во время молекулярных столкновений она может передавать электрический заряд от одной молекулы к другой. За счет трения она может создавать своего рода статическое электричество», - говорит профессор Прайс. «Мы попытались воспроизвести электричество в лаборатории и обнаружили, что разные изолированные металлические поверхности будут накапливать различное количество заряда от водяных паров в атмосфере, но только если относительная влажность воздуха выше 60%».
По словам профессора Прайса, данное исследование ставит под сомнение представления о влажности и показывает ее потенциал в качестве источника энергии. «Люди знают, что сухой воздух вызывает статическое электричество, и вы иногда «получаете заряд», когда дотрагиваетесь до металлической дверной ручки. Вода хороший проводник электричества, но не может накапливать заряд на поверхности. Однако, все становится иначе, когда относительная влажность воздуха превышает определенный порог», - говорит он.
Влажный воздух может быть источником зарядки поверхностей напряжением около одного вольта. «Если батарея АА имеет напряжение 1,5 В, в будущем это может иметь практическое применение: батареи, которые можно заряжать от водяного пара в воздухе», - добавляет профессор Прайс.
«Результаты могут быть полезны для возобновляемых источников энергии в развивающихся странах, где многие районы все еще не имеют доступа к электричеству, а влажность воздуха постоянно составляет около 60%», - заключает профессор Прайс.
По данным: JY Lax и др., О самопроизвольном повышении напряжения между разнородными металлами в условиях высокой относительной влажности, Научные отчеты (2020). DOI: 10.1038 / s41598-020-64409-2