Ученые научились превращать испаряющуюся воду в электричество

Не все источники энергии одинаково доступны: солнце зависит от погоды, ветер зависит от ландшафта, а гидроэнергетика требует инфраструктуры. На этом фоне исследователи все чаще обращаются к процессам, происходящим практически повсеместно. Испарение воды является одним из таких процессов. В статье «а» читайте о том, как ученые научились таким способом генерировать электроэнергию.

Термодинамика процесса испарения известна давно: при переходе воды из жидкости в пар требуется значительное количество тепла - около 2250 джоулей на грамм. Это энергия, которую вода забирает из окружающей среды при испарении, снижая температуру поверхности и создавая температурные градиенты.

Вода испаряется постоянно – из рек, озер, океанов, почвы, растений и даже с поверхности кожи – причем делает это независимо от времени суток, если есть жара и движение воздуха. В отличие от солнечных батарей, которые зависят от солнечного света, или ветряных турбин, которые зависят от ветра, испарение может происходить практически везде, где есть влажная поверхность и тепло. Это делает его потенциальным источником устойчивой, но относительно низкоинтенсивной энергии.

Как работают испарительные генераторы?

Современные устройства, преобразующие испарение в электричество, основаны на термоэлектрических генераторах (ТЭГ). Они работают по простому принципу: разница температур между двумя поверхностями генерирует электрическое напряжение.

Феноменальное открытие ученых о генетическом клонировании

Один подход, описанный исследователями из Китайского университета Гонконга и Национального университета Сингапура, был опубликован в журнале Popular Mechanics. Он предполагает следующую конструкцию:

два радиатора расположены с обеих сторон термоэлектрического генератора;

один из них связан с пористым гелем поливинилового спирта (ПВА), который постоянно смачивается;

вода испаряется с поверхности геля, охлаждая его;

другая сторона остается при температуре окружающей среды.

Этот температурный градиент между теплой и прохладной сторонами обеспечивает энергию для выработки электроэнергии без перемещения механических частей. На этапе лабораторных экспериментов такая система способна генерировать лишь микроуровни энергии, достаточные, например, для питания небольших экранов или датчиков.

Однако ученые уже видят перспективу увеличения выходной мощности. По оценкам авторов, потенциал может увеличиться в десять раз по мере оптимизации материалов и дизайна.

Преимущества и ограничения технологии

Преимущества:

Испарение — это процесс, который происходит повсюду, особенно в теплых и влажных регионах, и на него не влияют прямые солнечные лучи или ветер.

Отсутствие движущихся частей, по мнению AZoCleantech, упрощает устройства и снижает эксплуатационные расходы.

Потенциально непригоден только для задач, где необходима высокая мощность, но может быть полезен для микроустройств — датчиков, носимых гаджетов, устройств Интернета вещей.

Ограничения:

Текущая эффективность таких систем крайне низка — около 0,1 процента энергии испарения преобразуется в электричество, и это сопоставимо с ранними этапами развития других возобновляемых технологий.

Прибору необходим постоянный источник воды для испарения, без которого эффект теряется.

Чтобы стать конкурентоспособным источником энергии в больших масштабах, требуется значительная оптимизация материалов, конструкции и интеграция с другими источниками.

Где могут быть полезны такие технологии?

Наиболее вероятное первоначальное применение испарительных генераторов находится в областях, где требуется постоянный, хотя и небольшой, запас энергии без батарей и проводов:

носимая электроника — фитнес-трекеры, медицинские датчики, часы, которые могут частично питаться от собственной влажности или окружающей среды.

датчики окружающей среды – мониторинг почвы, климата, качества воздуха в отдаленных местах, где замена аккумуляторов затруднена.

Маломощные устройства Интернета вещей, которым необходимо работать в течение длительного времени без обслуживания.

В будущем возможны более амбициозные конструкции, использующие испарение из крупных водоемов или промышленных объектов для выработки энергии. Но подобные проекты пока находятся в области концепций и требуют многих лет инженерных разработок.

Ранее мы писали о том, когда мы получим неограниченный источник энергии.