Hidroelektrarne se zdijo nenadomestljive, najnovejše raziskave pa potrjujejo, da bo temu tudi v prihodnosti tako. Zasluga gre generatorjem, ki elektriko proizvajajo na osnovi vodnih kapljic. Najnovejšega – ki pridobivanje elektrike iz vode postavlja na novi nivo, so skupaj razvili raziskovalci hongkonške univerze CityU ter Univerze Nebraska.
Kapljice vode in elektrika
Pridobivanje elektrike iz vode ni nič novega. Nenazadnje približno 70 odstotkov zemeljske površine pokriva voda. Nizkofrekvenčno kinetično energijo, ki jo vsebujejo valovi, plimovanje in celo kapljice, pa zaradi omejitev sedanje tehnologije ni bilo mogoče pretvoriti v električno energijo.
Novo rešitev predstavljajo naprave, ki izkoriščajo – kapljice vode. Temeljijo na triboelektričnem učinku, pri proizvajanju elektrike pa izkoriščajo elektrostatično indukcijo, ko kapljica zadene površino. Vendar je količina nabojev omejena z medfaznim učinkom, zato je bila učinkovitost pridobivanja elektrike na ta način precej nizka. Bi jo lahko izboljšali?
Za preboj ključna dva dejavnika
Problema so se skupaj lotili ameriški in hongkonški raziskovalci ter v dveh letih razvili generator DEG. Slednji lahko proizvede moč 50,1 W / m2, kar je tisočkrat več, kot druge podobne naprave. Izum so patentirali, v članku, objavljenem v zadnji številki revije Nature, pa razkrili tudi podrobnosti.
Ključna za preboj sta bila dva dejavnika. Najprej je raziskovalna ekipa ugotovila, da, ko kapljice vode nenehno udarjajo na površino PTFE (specifični material), se površinski naboji kopičijo in postopoma dosežejo nasičenost. Učinkovitost pretvorbe energije se občutno poveča. Druga ključna značilnost je bila specifična zasnova generatorja. Ko padajoča kapljica vode zadene in se razširi na površino PTFE , vzpostavi električni tokokrog v zaprti zanki.
Energije za 100 LED žarnic
S to posebno zasnovo se ob neprekinjenem kapljanju kapljic vode na PTFE lahko nabere visoka gostota površinskih nabojev. Medtem, ko razpršena voda poveže obe elektrodi, se lahko vsi shranjeni naboji na PTFE v celoti sprostijo za ustvarjanje električnega toka. Posledično sta tako trenutna gostota moči kot učinkovitost pretvorbe energije veliko višji.
“Naše raziskave kažejo, da lahko padec 100 mikrolitrov vode iz višine 15 cm, ustvari napetost nad 140 V. Ustvarjena električna energija lahko prižge 100 majhnih LED žarnic,” pravi prof. dr. Wang Zhong Lin iz Pekinškega inštituta za nanoenergijo in nanosisteme.
Uporabni tudi deževnica in morska voda
Zhong Lin dodaja, da povečanje moči ne izhaja iz dodatne energije, temveč iz pretvorbe same kinetične energije vode. “Kinetična energija, ki nastane pri padajoči vodi, je posledica gravitacije, zato jo je mogoče šteti za prosto in obnovljivo. To bi bilo veljalo pri pridobivanju elektrike bolje izkoristiti,” je prepričan. Še posebej, ker na učinkovitost DEG generatorja ne vpliva relativna vlažnost okolja in ker lahko uporablja tako deževnico kot tudi morsko vodo.