آمریکایی‌ها از هوا هم برق تولید کردند

محققان دانشگاه ماساچوست آمهرست روشی را برای تولید برق از هوا ابداع کردند و معتقدند با این روش می‌توان از هر ماده‌ای برای ساخت دستگاه تبدیل هوا به الکتریسیته استفاده کرد.

دانشمندان آمریکایی مدعی شده‌اند که تقریباً از هر ماده‌ای می‌توان برای ایجاد دستگاهی استفاده کرد که به طور مداوم رطوبت هوا را به برق تبدیل می‌کند. در حال حاضر این روش برای کاربرد عملی آماده نیست، اما به گفته سازندگان، ایده تولید برق از هوا با این دستگاه از برخی تحقیقات پیشین فراتر خواهد رفت.

تنها راه حل مورد نیاز برای عملی شدن این ایده این است که نانوحفره‌هایی با قطر کوچک‌تر از 100 نانومتر در این مواد استفاده شوند. دستگاهی که این ویژگی را داشته باشد اندازه‌ای معادل یک ناخن انگشت و ضخامتی به اندازه یک تار مو خواهد داشت. چنین دستگاهی می‌تواند از رطوبت هوا الکتریسیته تولید کند.

ژنراتور هوا، روشی جدید برای تولید برق از هوا

به گفته تیمی به سرپرستی مهندس شیائومنگ لیو از دانشگاه امهرست ماساچوست، چنین موادی می‌توانند الکتریسیته تولید شده توسط قطرات آب میکروسکوپی در هوای مرطوب را جمع‌آوری کنند. آنها کشف خود را «اثر دستگاه ژنراتور هوا – generic Air-gen effect» نامیده‌اند.

رطوبت هوا برخلاف انرژی خورشیدی و بادی، یک منبع همیشگی از انرژی است که به‌صورت پیوسته در دسترس قرار دارد. محققان نیز از این موضوع آگاهی داشتند، اما به‌دلیل پیچیدگی‌های فنی، استفاده از آن قبل از این کشف تاحدودی غیرممکن بود.

اما باتوجه به عصری که در آن غیرممکن معنایی ندارد و تکنولوژی هر روزه بشریت را با شگفتی جدیدی روبه‌رو می‌کند، با این روش ابداعی می‌توان به‌شکل مداوم از طریق مواد مختلف از هوا به برق رسید.

مهندس جون یائو از دانشگاه ماساچوست در امهرست می‌گوید:

هوا حاوی مقدار زیادی برق است. ابری را در نظر بگیرید که چیزی بیش‌از توده‌ای متشکل از قطرات آب نیست. هر یک از این قطرات حاوی یک بار است و وقتی شرایط مناسب باشد، ابر می‌تواند صاعقه‌ای تولید کند. اما نمی‌دانیم چگونه برق را به‌طور قابل اعتماد جذب کنیم. کاری که نیاز بود ما انجام دهیم این بود که یک ابر در مقیاس کوچک ساخته شده توسط انسان ایجاد کنیم که به‌طور پیش‌بینی‌شده و پیوسته برای ما برقی تولید می‌کند که می‌توانیم آن را برداشت کنیم.

این ایده برای برخی آشنا به نظر می‌رسد، زیرا تیم قبلاً یک دستگاه برداشت‌کننده انرژی هوا ساخته بود. با این حال، دستگاه قبلی آنها متکی به نانوسیم‌های پروتئینی رشد یافته توسط باکتری به نام Geobacter sulfurreducens بود. مشکل ایده قبلی این بود برای که برای تبدیل هوا به برق وجود باکتری ضروری نیست و هر نوع ماده‌ای می تواند الکتریسیته را از هوا برداشت کند.

این دستاورد بزرگ چگونه عملی می‌شود؟

تولید برق از هوا به‌دلیل ویژگی نانوحفره‌ها صورت می‌گیرد و اندازه آنها بر اساس مسیر ​​آزاد مولکول‌های آب در هوای مرطوب است. این را می‌توان همان مسافتی دانست که یک مولکول آب می‌تواند قبل از برخورد با مولکول آب دیگر در هوا طی کند.

این دستگاه از یک لایه نازک مواد مانند سلولز، پروتئین ابریشم یا اکسید گرافن ساخته شده است. مولکول‌های آب موجود در هوا می‌توانند به راحتی وارد نانوحفره‌ها شوند و از بالای آن به پایین حرکت کنند، اما در حین حرکت به طرفین منافذ می‌روند.

این مولکول‌ها بار را به ماده منتقل کرده و تجمعی ایجاد می‌کنند. ازآنجایی که مولکول‌های آب بیشتری به بالای دستگاه می‌روند، عدم تعادل بار بین دو طرف رخ می‌دهد. این اتفاق اثری مشابه آنچه در ابرهای تولید کننده رعد و برق می‌بینیم ایجاد می‌کند (بالا آمدن هوا برخوردهای بیشتری را بین قطرات آب در بالای ابر ایجاد کرده و در نتیجه بار مثبت در ابرهای بالاتر و بار منفی بیش‌از حد در ابرهای پایین‌تر ایجاد می‌شود).

شیائومنگ لیو می‌گوید: «این بسیار هیجان انگیز است. ما دریچه‌ای وسیع برای تولید برق پاک از هوای رقیق باز می‌کنیم.»

زمانی که مولکول‌های آب از لبه بالایی دستگاه به‌سمت لبه پایینی عبور می‌کنند، بر اثر برخورد با لبه حفره‌ها تولید شارژ می‌کنند. درنتیجه صاعقه‌ای در ابعاد بسیار کوچک و کنترل‌شده به‌وجود می‌آید که برق تولید می‌کند. انرژی تولید شده می‌تواند به دستگاه‌های کوچک هدایت یا در نوعی باتری ذخیره شود.

آیا این دستگاه برای تولید برق آماده است؟

در حال حاضر، توسعه این دستگاه هنوز در مراحل اولیه قرار دارد. دستگاه سلولزی که تیم آزمایش کردند، دارای ولتاژ خروجی 260 میلی‌ولت در محیط بود، در حالی که یک تلفن همراه به ولتاژ خروجی حدود 5 ولت نیاز دارد. اندازه بسیار کوچک نمونه اولیه این دستگاه سبب می‌شود فقط بتواند انرژی موردنیاز برای یک نقطه نور روی یک صفحه بزرگ را ایجاد کند.

اما نازک بودن لایه‌ها به این معنی است که می‌توان آن‌ها را روی هم قرار داد تا دستگاه‌های ژنراتور هوا بزرگ‌تر شده و عملاً کاربرد بیشتری را ارائه دهند.

محققان می‌گویند این واقعیت که دستگاه‌های تولید کننده برق از هوا می‌توانند از مواد مختلف ساخته شوند، به این معنی است که این دستگاه‌ها می‌توانند در هر محیطی که قرار است در آن مورد استفاده قرار گیرند، سازگار شوند.

یائو می‌گوید: «این ایده ساده است، اما درعین سادگی قبلاً کشف نشده بود و مسیر به‌ ثمر رسیدن آن می‌تواند بسیار چالش‌برانگیز باشد. گام بعدی برای پیشرفت در این پروژه این است که دستگاه‌ها را در محیط‌های مختلف آزمایش کرده و همچنین روی افزایش مقیاس آنها کار کنیم.»

از آنجایی که رطوبت همیشه وجود دارد، دستگاه 24 ساعته کار می‌کند و باران همیشه در مناطق مختلف می‌بارد، توسعه این ایده می‌تواند راهی دائمی و توقف‌ناپذیر برای تولید برق ایجاد کند. این روش جدید تولید الکتریسیته، یکی از مشکلات عمده فناوری‌هایی مانند باد یا خورشید را حل می‌کند که فقط در شرایط خاصی کار می‌کنند.

چنین دستگاهی قادر به ارائه توانی در سطح کیلووات برای مصارف عمومی برق خواهد بود. آینده‌ای را تصور کنید که در آن برق پاک هر کجا که هستید در دسترس باشد. توسعه دستگاه ژنراتور هوا به این معناست که این آینده می‌تواند به واقعیت تبدیل شود.