Сбъдване на мечтата отпреди век за производство на електричество от въздуха

Докато Европейският съюз се стреми към постигане на неутралност по отношение на климата до средата на века, екип от майка и син помага за преодоляването на потенциално препятствие: ограничения брой източници на възобновяема енергия, стимулиращи отдалечаването на ЕС от изкопаемите горива.

Андрий Любчик е партньор в проекта CATCHER, чиято цел е да разшири микса от чиста енергия, като усъвършенства преобразуването на атмосферната влага в електроенергия.

Старата мечта

Методът включва събиране на малките заряди от статично електричество, съдържащи се в газообразните водни молекули, които се намират навсякъде в атмосферата. Процесът е познат като хигроелектричество или електричество от влага.

„С този нов източник на възобновяема енергия смятаме, че ще увеличим драстично ефективността и възможностите на прехода към зелена енергия“, казва Любчик, главен изпълнителен директор на португалското стартиращо предприятие Cascatachuva Lda.

Той е също така инженер-химик в Португалоезичния университет по хуманитарни науки и технологии в Лисабон, Португалия.

В началото на 20-и век американският изобретател от сръбски произход Никола Тесла мечтаел да впрегне енергията от въздуха. Той провел серия от експерименти, с които се опитвал да улови електрическите заряди от атмосферата и да ги преобразува в електрически ток.

От времето на Тесла досега учените научиха повече за начина, по който електричеството се образува и освобождава в атмосферата, и откриха, че водните пари могат да носят електрически заряд.

Знанието как става това може да даде тласък на ЕС, който получава около 22 % от енергията си от възобновяеми енергийни източници. Той е напът да повиши целта си за края на десетилетието за такива източници, включващи и водноелектрическата енергия, до 45 %.

Но за да постигне Европа неутралност по отношение на климата до 2050 г., възобновяемите източници на енергия трябва да имат още по-голяма роля, а хигроелектроенергията би предложила повече възможности на ЕС в стремежа му да се откаже от петрола, природния газ и въглищата.

Новата технология

Финансиран от програма „Изследвач“ на Европейския съвет по иновациите, проектът CATCHER събира осем партньори от шест държави в Европа, за да изследва тази възможност.

Макар основната идея да е една и съща, конкретната технология, използвана от проекта CATCHER, се различава много от тази на Тесла. Проектът използва подобни на панели клетки, съставени от циркониев оксид — твърд кристален материал — за улавяне на енергията от атмосферната влага.

Циркониевият оксид е керамичен материал, широко използван за неща като зъбни импланти, авангардни стъклоподобни материали, електроника и обвивки за ядрени горивни пръти.

Когато преди седем години изследвали свойствата на наноматериали, изработени от циркониев оксид, изследователите започнали да откриват доказателства за хигроелектричеството, според Свитлана Любчик, която координира проекта CATCHER и е майка на Андрий Любчик.

Също като него тя е инженер-химик в Португалоезичния университет. Те предприемат различни инициативи в опитите си да изследват този потенциал.

Изследователите вече се намират на етапа, при който пластина с размери 8 на 5 сантиметра от техния материал може да генерира около 0,9 волта в лаборатория с влажност около 50 %. Това може да се сравнява с изходната мощност на половин батерия АА.

Екипът работи за повишаване на ефективността на материала за производство на хигроелектричество и очаква, че след като бъдат усъвършенствани, клетките ще могат да улавят същото количество електроенергия като подобни по размери фотоволтаични клетки.

Освен това изследователите са убедени, че клетките ще се разполагат подобно на слънчевите панели — като широкомащабни електрически паркове или като източници на енергия за отделни сгради.

Устойчиви състояния

Клетките се създават, като се произвеждат много малки еднообразни наночастици от циркониев оксид, които след това се пресоват в лист от материала със сходна структура навсякъде, включваща серия от канали или капиляри.
Наноструктурата генерира електрически полета в капилярите, които разделят заряда от водните молекули, абсорбирани от атмосферата, според Андрий Любчик.

Резултатът е поредица от физикохимични, физични и електрофизични процеси, които улавят електрическата енергия.

В едно отношение новата технология ще има предимство пред слънчевата и вятърната енергия. Докато панелите и турбините трябва да бъдат разположени така, че да улавят слънцето и вятъра, хигроелектрическите клетки не се нуждаят от специално разположение, тъй като между нивата на влажност на място няма голяма разлика.

Независимо от това хигроелектрическите клетки не могат да функционират навсякъде, тъй като се нуждаят от минимални нива на влажност.

„Ако например навън е –15 градуса, при което всичко е замръзнало, няма да има вода във въздуха“, казва Андрий Любчик.

„Таванно“ решение

Той е координатор заедно с майка си и на финансирания от ЕС проект SSHARE, който разработва практическо приложение, като включва хигроелектрически клетки в отоплителна и охладителна система.

„Съчетаваме двете технологии и ги правим самостоятелни“, казва Андрий Любчик.

Отоплителната и охладителна система е основана на усъвършенстван лъчист панел, който може да се монтира на тавана на стаята.

Над панела минават перфорирани тръби с вода, като го захранват с гореща или студена вода в зависимост от това дали целта е отопление или охлаждане на стаята. Панелът излъчва топлина в стаята или абсорбира топлината от нея чрез атмосферната влага така, както кожата може да излъчва топлина чрез изпотяването.

Системата трябва да е в състояние да захранва с енергия помпите, с чиято помощ водата циркулира, като използват хигроелектроенергията, генерирана от преминаването на водна пара във и от панела.

Самостоятелната отоплителна система демонстрира как хигроелектроенергията може да спомогне за стимулиране на прехода към енергия с нулеви емисии, твърдят изследователите.

„Можем да дадем своя принос в политиката на ЕС за енергийна независимост“, казва Свитлана Любчик.

_{Изследването в тази статия е финансирано от ЕС. Този материал е публикуван за първи път в  Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.}

_{Повече информация}

_{Последвайте връзките по-долу, за да научите повече:}

• CATCHER
• SSHARE
• Европейски съвет по иновациите