Στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Σέρβος εφευρέτης Νίκολα Τέσλα ονειρευόταν να αντλήσει απεριόριστη, δωρεάν ηλεκτρική ενέργεια από τον αέρα γύρω μας. Πάντα φιλόδοξος, ο Τέσλα σκεφτόταν σε τεράστια κλίμακα, βλέποντας ουσιαστικά τη Γη και την ανώτερη ατμόσφαιρα ως τα δύο άκρα μιας γιγάντιας μπαταρίας.
Περιττό να πούμε ότι τα όνειρά του δεν πραγματοποιήθηκαν ποτέ, αλλά η υπόσχεση της ηλεκτρικής ενέργειας που προέρχεται από τον αέρα – και συγκεκριμένα από την υγρασία που υπάρχει στον αέρα, εξ ου και η ονομασία «υγροηλεκτρισμός» (hygroelectricity) – απασχολεί τώρα ξανά τη φαντασία των ερευνητών. Με τη διαφορά ότι σκέφτονται σε πολύ, πολύ μικρότερη κλίμακα από τον Τέσλα.
Τον Μάιο, μια ομάδα του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης (UMass) στο Άμχερστ δημοσίευσε μια εργασία στην οποία εξηγεί πώς δημιούργησε με επιτυχία ένα μικρό αλλά συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα από την υγρασία του αέρα.
Ανακάλυψη… κατά λάθος
«Ξεκίνησε από ένα λάθος», εξηγεί στη βρετανική εφημερίδα Guardian ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, καθηγητής Jun Yao. Πίσω στο 2018 «μας ενδιέφερε να φτιάξουμε έναν απλό αισθητήρα για την υγρασία του αέρα. Αλλά ο φοιτητής που εργαζόταν πάνω σε αυτό ξέχασε να συνδέσει το ρεύμα».
Η ομάδα διαπίστωσε με έκπληξη ότι η συσκευή, η οποία αποτελείτο από μια συστοιχία νανοκαλωδίων, παρήγαγε ηλεκτρικό σήμα ανεξαρτήτως.
Κάθε νανοκαλώδιο είχε διάμετρο μικρότερη από το ένα χιλιοστό της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας, αρκετά φαρδύ ώστε να μπορεί να εισέλθει ένα μόριο νερού από τον αέρα, αλλά τόσο στενό που θα χτυπούσε μέσα στο καλώδιο. Κάθε χτύπημα, συνειδητοποίησε η ομάδα, προσέδιδε στο υλικό ένα μικρό φορτίο, και καθώς αυξανόταν η συχνότητα των χτυπημάτων, το ένα άκρο του καλωδίου φορτιζόταν διαφορετικά από το άλλο.
«Είναι σαν μια μπαταρία», λέει ο Yao. «Έχεις μια θετική έλξη και μια αρνητική έλξη, και όταν τις συνδέσεις το φορτίο θα ρέει».
Για την πρόσφατη μελέτη, η ομάδα του Yao δημιούργησε μια συσκευή που έχει το μέγεθος ενός νυχιού του αντίχειρα, το ένα πέμπτο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας και είναι ικανή να παράγει περίπου ένα μικροβάτ – αρκετό για να φωτίσει ένα μόνο pixel σε μια μεγάλη οθόνη LED.
Τι θα χρειαζόταν λοιπόν για να τροφοδοτηθεί η υπόλοιπη οθόνη ή ακόμη και ένα ολόκληρο σπίτι; «Το καλό είναι ότι ο αέρας βρίσκεται παντού», λέει ο Yao. «Παρόλο που ένα λεπτό φύλλο της συσκευής εκπέμπει μια πολύ μικρή ποσότητα ηλεκτρισμού ή ενέργειας, μπορούμε να στοιβάξουμε πολλαπλά στρώματα και να αυξήσουμε την ισχύ».
Αρκετή ενέργεια για ένα νοικοκυριό
Αυτό ακριβώς προσπαθεί να κάνει μια άλλη ομάδα, η καθηγήτρια Svitlana Lyubchyk και οι δίδυμοι γιοι της, οι καθηγητές Andriy και Sergiy Lyubchyk. Η Svitlana Lyubchyk και ο Andriy συμμετέχουν στο πρόγραμμα Catcher με έδρα τη Λισαβόνα, στόχος του οποίου είναι «η μετατροπή της ατμοσφαιρικής υγρασίας σε ανανεώσιμη ενέργεια». Μαζί με τον Sergiy έχουν ιδρύσει την startup CascataChuva, για την εμπορική αξιοποίηση της έρευνας.
Το αποτέλεσμα των ερευνών τους είναι ένας λεπτός γκρίζος δίσκος διαμέτρου 4 εκατοστών. Σύμφωνα με τους Lyubchyk, μία από αυτές τις συσκευές μπορεί να παράγει 1,5 βολτ και 10 μιλιαμπέρ. Ωστόσο, 20.000 από αυτές, στοιβαγμένες σε έναν κύβο μεγέθους όσο ένα πλυντήριο ρούχων, θα μπορούσαν να παράγουν 10 κιλοβατώρες ενέργειας την ημέρα – περίπου την κατανάλωση ενός μέσου νοικοκυριού. Μάλιστα, σχεδιάζουν να έχουν ένα πρωτότυπο έτοιμο για επίδειξη μέσα στο 2024.
Ενώ οι ερευνητές του UMass στο Άμχερστ εργάζονται με οργανικά υλικά, τα οποία θεωρητικά μπορούν να παραχθούν με σχετική ευκολία, η ομάδα του Catcher πέτυχε ανώτερα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας οξείδιο του ζιρκονίου. Η πατρίδα τους, η Ουκρανία, διαθέτει πλούσια κοιτάσματα, αλλά η συνεχιζόμενη εισβολή της Ρωσίας τους αναγκάζει προς το παρόν να εργάζονται με σχετικά μικρές ποσότητες, που αγοράζονται από την Κίνα.
Τα πλεονεκτήματα του υγροηλεκτρισμού
Μπορεί να χρειαστούν χρόνια για να βελτιστοποιηθεί ένα πρωτότυπο και να επεκταθεί η παραγωγή, αλλά αν τα καταφέρουν, το όφελος θα είναι μεγάλο. Σε αντίθεση με την ηλιακή ή την αιολική ενέργεια, οι υγροηλεκτρικές γεννήτριες θα μπορούσαν να λειτουργούν μέρα και νύχτα, σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους και σε πολλά μέρη. Η ομάδα ελπίζει, μάλιστα, ότι μία μέρα οι συσκευές της θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε δομικά υλικά.
«Φανταστείτε ότι μπορείτε να κατασκευάσετε τμήματα ενός κτιρίου χρησιμοποιώντας αυτό το υλικό», λέει ο Andriy. «Δεν χρειάζεται να μεταφέρετε την ενέργεια, δεν χρειάζονται υποδομές».
Μπορεί τα όνειρα του Τέσλα για απεριόριστη ηλεκτρική ενέργεια από τον αέρα είναι ακόμη πολύ μακρινά, αλλά ο Yao παραμένει αισιόδοξος. «Πολλή ενέργεια είναι αποθηκευμένη στα μόρια νερού στον αέρα», λέει. «Από εκεί προκύπτει το φαινόμενο της αστραπής κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Η ύπαρξη αυτού του είδους ενέργειας δεν αμφισβητείται. Το θέμα είναι πώς τη συλλέγουμε».
