Thủy điện: Tương lai của năng lượng tái tạo tận dụng độ ẩm không khí

Trong những năm gần đây, nghiên cứu trong lĩnh vực năng lượng tái tạo đã có những bước tiến lớn trong việc không ngừng tìm kiếm các nguồn năng lượng mới. Một trong những đổi mới đã bắt đầu tạo ra sự quan tâm lớn là chất ẩm điện, một loại năng lượng được tạo ra từ độ ẩm trong không khí. Khái niệm này, bắt nguồn từ khả năng của một số vật liệu nhất định tạo ra điện tích để đáp ứng với sự thay đổi độ ẩm, đang trong quá trình phát triển và có thể cách mạng hóa cách chúng ta thu được năng lượng.

Thủy điện là gì?

La chất ẩm điện, còn được gọi là năng lượng thủy điện, là một phương pháp cải tiến để tạo ra điện bằng cách tận dụng độ ẩm môi trường. Không giống như các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời hay gió, nó không phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu cụ thể như ánh nắng trực tiếp hoặc gió. Vật liệu hút ẩm chính là chìa khóa của hiện tượng này, vì chúng có khả năng hấp thụ các phân tử nước tồn tại trong môi trường và tạo ra sự chênh lệch điện thế tạo ra điện.

Bước tiến này xuất phát từ những nghiên cứu tiên phong tại các trường đại học như Massachusetts (UMass) và Campinas (Brazil), đã mở ra những khả năng mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Nó đã được chứng minh rằng một số vật liệu, chẳng hạn như oxit graphene (GO) o los dây nano protein, có thể tạo ra điện tích khi tiếp xúc với độ ẩm.

Trong trường hợp graphene oxit, các phân tử nước bám vào bề mặt của nó tạo ra sự chênh lệch điện thế cho phép tạo ra dòng điện khi kết nối với mạch điện bên ngoài. Đây là một khám phá quan trọng vì người ta cho rằng vật liệu cần ánh sáng mặt trời để tạo ra điện. Thủy điện không có những hạn chế về khí tượng này, điều này làm cho nó trở thành một giải pháp rất hứa hẹn cho tương lai.

Thủy điện hoạt động như thế nào?

Quá trình cho phép tạo ra điện từ độ ẩm dựa trên sự tương tác giữa vật liệu hút ẩm và phân tử nước trong môi trường. Những vật liệu này, như đã đề cập trước đây, có khả năng hấp thụ nước và tạo ra một chênh lệch tải. Trong dự án CATCHER, do Liên minh Châu Âu tài trợ, đã chỉ ra rằng nước trong khí quyển có thể tích tụ điện tích sau khi tiếp xúc với các hạt bụi cũng có trong không khí. Sự tương tác giữa các hạt này và các giọt ẩm tạo ra một hiệu điện thế nhỏ, khi đủ lớn sẽ cho phép thu được dòng điện hữu ích.

Vật liệu chính

Một trong những vật liệu được sử dụng nhiều nhất cho loại năng lượng này là dây nano protein trưởng thành từ Geobacter sulfurreducens, một loại vi khuẩn có khả năng chuyển electron khi tiếp xúc với độ ẩm. thiết bị máy lạnh do UMass Amherst phát triển hoạt động bằng cách kết nối các dây nano này với các điện cực nhỏ để tạo ra điện từ không khí.

Một ví dụ đầy hứa hẹn khác là việc sử dụng oxit graphene (GO), một loại vật liệu đã chứng tỏ khả năng tạo ra điện tích lớn. Khi các phân tử nước trong khí quyển bám vào bề mặt GO, sự chênh lệch điện tích xảy ra khiến các electron di chuyển về phía các phân tử nước, tạo ra dòng điện.

Điện cực và lỗ nano

Sự bố trí của điện cực Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của thủy điện. Trên thực tế, họ sử dụng các kim loại dẫn điện như bạch kim, vàng o trả nhằm nâng cao hiệu quả thu điện.

Hơn nữa, cấu trúc của vật liệu cũng có tác động trực tiếp đến khả năng tạo ra năng lượng của nó. Nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng bằng cách tạo ra lỗ nano Trong những vật liệu này (tức là các lỗ nhỏ dưới 100 nanomet), lượng hơi ẩm thu được và do đó lượng năng lượng được tạo ra có thể tăng lên.

Ứng dụng tương lai của thủy điện

Mặc dù công nghệ vẫn đang trong giai đoạn phát triển nhưng tiềm năng của nó rất cao. Trong ngắn hạn, các ứng dụng đã được khám phá để cung cấp thiết bị nhỏ như đồng hồ thông minh, cảm biến y tế và thiết bị IoT. Những hệ thống này lý tưởng cho thủy điện vì chúng đòi hỏi rất ít năng lượng và trong nhiều trường hợp, được sử dụng ở những nơi luôn có độ ẩm, chẳng hạn như trong nhà hoặc các tòa nhà.

Trong tương lai xa hơn, các ứng dụng quy mô lớn có thể được xem xét. Nghiên cứu như dự án THỢ SĂN Họ tập trung vào việc phát triển các vật liệu và thiết bị có thể biến năng lượng ẩm thành số lượng lớn hơn nhiều. Ví dụ, việc tích hợp các thiết bị này trong tấm pin mặt trời hoạt động vào ban đêm khi không có năng lượng mặt trời.

Ở những nơi có độ ẩm cao, chẳng hạn như môi trường nhiệt đới, những bộ thu hút ẩm Chúng có thể được lắp đặt trong nhà để tạo ra nguồn năng lượng liên tục thân thiện với môi trường. Hơn nữa, khả năng sẵn sàng hoạt động 24/7 của nó vượt qua sự gián đoạn của các nguồn tái tạo khác như năng lượng mặt trời và năng lượng gió.

Nghiên cứu hiện tại và những thách thức

Một trong những thách thức hiện nay trong việc phát triển công nghệ thủy điện là khả năng mở rộng. Lượng điện năng được tạo ra bởi một thiết bị tương đối nhỏ, vì vậy các nhà nghiên cứu đang tìm cách xếp chồng nhiều thiết bị hoặc cải tiến vật liệu để tăng lượng điện năng được tạo ra.

El dự án bắt đang nghiên cứu một bảng nguyên mẫu có diện tích 1 mét vuông và có thể tạo ra công suất lên tới 20W/m2. Mặc dù không đủ để cung cấp cho cả một hộ gia đình nhưng đây là một bước tiến lớn hướng tới khả năng tồn tại về mặt thương mại. Về lâu dài, việc kết hợp công nghệ này với các hình thức sản xuất năng lượng khác có thể dẫn đến Cơ sở hạ tầng năng lượng đa dạng và bền vững hơn.

Việc lựa chọn vật liệu vẫn là một khía cạnh quan trọng. Vật liệu nano đắt tiền và chưa đạt đến khả năng mở rộng công nghiệp cần thiết cho thương mại hóa quy mô lớn. Tuy nhiên, những tiến bộ trong công nghệ nano tiếp tục mở ra cánh cửa cho việc phát triển các thiết bị tiết kiệm và hiệu quả hơn.

Sự quan tâm đến thủy điện tiếp tục tăng và đầu tư từ các tổ chức như Liên minh châu Âu trong các dự án như CATCHER chỉ ra rằng có những kỳ vọng lớn đặt vào công nghệ mới nổi này.

Thủy điện vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng nó hứa hẹn sẽ là một trong những công nghệ chủ chốt trong phạm vi năng lượng tái tạo. Khi các nhà nghiên cứu tiếp tục cải tiến vật liệu và kỹ thuật, chúng ta có thể sớm thấy những ứng dụng thực tế có thể thay đổi cách chúng ta thu được và sử dụng năng lượng.