Higroelektriciteti: E ardhmja e energjisë së rinovueshme duke përfituar nga lagështia e ajrit

Vitet e fundit, kërkimet në fushën e energjisë së rinovueshme kanë bërë përparime të mëdha në kërkimin e vazhdueshëm të burimeve të reja të energjisë. Një nga këto risi, e cila ka filluar të ngjall interes të madh, është ajo higroelektriciteti, një lloj energjie që gjenerohet nga lagështia në ajër. Ky koncept, që rrjedh nga aftësia e materialeve të caktuara për të gjeneruar një ngarkesë elektrike në përgjigje të ndryshimeve të lagështisë, është në proces zhvillimi dhe mund të revolucionarizojë mënyrën se si ne marrim energji.

Çfarë është higroelektriciteti?

La higroelektriciteti, i njohur gjithashtu si energji higroelektrike, është një metodë inovative për të gjeneruar energji elektrike duke përfituar nga lagështia e mjedisit. Ndryshe nga energjitë e tjera të rinovueshme si dielli ose era, ajo nuk varet nga faktorë specifikë klimatikë si rrezet e diellit direkte ose era. Materialet higroskopike janë çelësi i këtij fenomeni, pasi ato janë të afta të thithin molekulat e ujit që ekzistojnë në mjedis dhe të gjenerojnë një ndryshim potencial që prodhon energji elektrike.

Ky përparim, i cili lindi nga studimet pioniere në universitete si Massachusetts (UMass) dhe Campinas (Brazil), ka hapur mundësi të reja në fushën e energjive të rinovueshme. Është treguar se disa materiale, si p.sh oksid grafeni (GO) ose nanotela proteinike, mund të gjenerojë ngarkesë elektrike kur është në kontakt me lagështinë.

Në rastin e oksidit të grafenit, molekulat e ujit që ngjiten në sipërfaqen e tij krijojnë një ndryshim potencial që lejon gjenerimin e rrymës elektrike kur lidhet me një qark të jashtëm. Ky ishte një zbulim kyç, pasi mendohej se materialet kërkonin dritën e diellit për të gjeneruar energji elektrike. Higroelektriciteti nuk i ka këto kufizime meteorologjike, gjë që e bën atë një zgjidhje shumë premtuese për të ardhmen.

Si funksionon higroelektriciteti?

Procesi që lejon gjenerimin e energjisë elektrike nga lagështia bazohet në ndërveprimin midis materialeve higroskopike dhe molekulave të ujit në mjedis. Këto materiale, siç u përmend më parë, kanë aftësinë për të thithin ujë dhe gjenerojnë a diferenca e ngarkesës. Në Projekti CATCHER, i financuar nga Bashkimi Evropian, ka treguar se uji në atmosferë mund të grumbullojë ngarkesa elektrike pasi të jetë në kontakt me grimcat e pluhurit që janë gjithashtu në ajër. Ndërveprimi midis këtyre grimcave dhe pikave të lagështisë gjeneron një ndryshim të vogël potencial, i cili, kur është mjaft i madh, lejon që të merret një rrymë elektrike e dobishme.

Materialet kryesore

Një nga materialet më të përdorura për këtë lloj energjie janë nanotela proteinike rritur nga Geobacter sulfurreducens, një bakter i aftë për të transferuar elektrone në kontakt me lagështinë. Pajisja Air-gen zhvilluar nga UMass Amherst punon duke i lidhur këto nanotela me elektroda të vogla për të gjeneruar energji elektrike nga ajri.

Një shembull tjetër premtues është përdorimi i oksid grafeni (GO), një material që ka demonstruar një kapacitet të madh për të gjeneruar ngarkesa elektrike. Kur molekulat e ujit nga atmosfera ngjiten në sipërfaqen e GO, ndodh një ndryshim ngarkese që bën që elektronet të rrjedhin drejt molekulave të ujit, duke gjeneruar një rrymë elektrike.

Elektrodat dhe Nanoporet

Disponimi i elektrodat Ai gjithashtu luan një rol vendimtar në përmirësimin e efikasitetit të higroelektricitetit. Në fakt ata përdorin metale përcjellëse si p.sh platin, ar o paguaj për të përmirësuar efikasitetin e kapjes së energjisë elektrike.

Për më tepër, struktura e materialit gjithashtu ka një ndikim të drejtpërdrejtë në aftësinë e tij për të gjeneruar energji. Është treguar në hulumtimet e fundit se, duke krijuar nanoporet Në këto materiale (d.m.th. vrima të vogla më pak se 100 nanometra), sasia e lagështisë së mbledhur dhe rrjedhimisht sasia e energjisë së prodhuar mund të rritet.

Aplikimet e Ardhshme të Higroelektricitetit

Megjithëse teknologjia është ende në një fazë zhvillimi, potenciali i saj është shumë i lartë. Në afat të shkurtër, aplikacionet tashmë janë duke u eksploruar për të ushqyer pajisje të vogla të tilla si orët inteligjente, sensorët mjekësorë dhe pajisjet IoT. Këto sisteme janë ideale për higroelektricitetin sepse kërkojnë shumë pak energji dhe, në shumë raste, përdoren në vende ku lagështia është gjithmonë e pranishme, si brenda shtëpive ose ndërtesave.

Në një të ardhme më të largët, mund të konsiderohen aplikime në shkallë të gjerë. Hulumtimet si Projekti HUNTER Ata janë të fokusuar në zhvillimin e materialeve dhe pajisjeve që mund të transformojnë energjinë e lagështisë në sasi shumë më të mëdha. Për shembull, integrimi i këtyre pajisjeve në panele diellore të funksionojë natën kur energjia diellore nuk është e disponueshme.

Në vendet me nivele të larta lagështie, siç janë mjediset tropikale, këto mbledhësit higroelektrik Ato mund të instalohen në shtëpi për të gjeneruar një burim të vazhdueshëm energjie miqësore me mjedisin. Për më tepër, disponueshmëria e tij 24/7 tejkalon ndërprerjen e burimeve të tjera të rinovueshme si energjia diellore dhe energjia e erës.

Kërkimet aktuale dhe sfidat

Një nga sfidat aktuale në zhvillimin e teknologjisë higroelektrike është ajo scalability. Sasia e energjisë së prodhuar nga një pajisje e vetme është relativisht e vogël, kështu që studiuesit po kërkojnë mënyra për të grumbulluar njësi të shumta ose për të përmirësuar materialet për të rritur fuqinë e gjeneruar.

El Projekti Catcher po punon në një panel prototip që ka një sipërfaqe prej 1 metër katror dhe mund të prodhojë deri në 20 W/m2. Edhe pse nuk mjafton për të furnizuar një familje të tërë, është një hap i madh drejt qëndrueshmërisë komerciale. Në terma afatgjatë, kombinimi i kësaj teknologjie me forma të tjera të prodhimit të energjisë mund të çojë në a infrastrukturë energjitike më e larmishme dhe e qëndrueshme.

Zgjedhja e materialeve mbetet një aspekt i rëndësishëm. Nanomaterialet janë të shtrenjta dhe nuk kanë arritur ende shkallëzueshmërinë industriale të nevojshme për komercializim në shkallë të gjerë. Megjithatë, përparimet në nanoteknologji vazhdojnë të hapin dyert për të zhvilluar pajisje më ekonomike dhe efikase.

Interesi për higroelektricitetin vazhdon të rritet dhe investimet nga organizata të tilla si BE në projekte si CATCHER thekson se ka pritshmëri të mëdha për këtë teknologji në zhvillim.

Higroelektriciteti është ende në fazat e hershme të zhvillimit, por premton të jetë një nga teknologjitë kryesore brenda gamës së energjive të rinovueshme. Ndërsa studiuesit vazhdojnë të përsosin materialet dhe teknikat, së shpejti mund të shohim aplikime praktike që mund të ndryshojnë mënyrën se si ne marrim dhe përdorim energjinë.