Энергия из воздуха — звучит как что-то из научной фантастики. Одно из сумасшедших изобретений Николы Теслы, о котором он успел рассказать перед смертью. Но это наша реальность в 2023 году. Открытие, сделанное учеными из Массачусетского университета в Амхерсте, позволяет осуществить мечту Теслы. Как и многие ключевые изобретения, сделанные в истории, это открытие произошло совершенно случайно. Как синтетические красители, пакетики для чая, пенициллин, сахарин или рентген.
По принципу это та же гидроэлектроэнергия. Только теперь вместо огромной дамбы её способен вырабатывать крошечный девайс размерами меньше смартфона. Ученые впервые продемонстрировали потенциал технологии в мае этого года, а теперь её уже пытаются коммерциализировать. Стартап CascataChuva из Португалии, созданный участниками лиссабонского научного проекта Cather, уже пытается продавать эту энергию из воздуха.
Итак, что это такое и как это работает? И почему раньше никто не пытался поискать «бесплатную» энергию в этом направлении?
Как это работает
Эта история начинается с профессора Цзюнь Яо и его команды, у которых был довольно скромный план. Они пытались создать новый датчик влажности воздуха, используя сетку наноструктур. Студент, помогавший с проектом, вымыл этот датчик и включил его, забыв подсоединить к розетке. И тем не менее датчик выдал электрический сигнал. Что выглядело довольно жутко. Откуда такой сигнал берется? Призраки? Встроенная батарея? Озадаченные странным явлением, Яо и компания проверили, откуда в их датчик попадают токи, и обнаружили интересную реакцию. Сигнал в наноструктурах получался буквально из воздуха.
Наука здесь очень сложна, и пока не исследована. Даже Яо и другие ученые еще не совсем уверены в том, какие реакции тут происходят. Но пока что, если сильно упростить, их основная теория заключается в следующем. Наноструктуры на датчике из университета имеют толщину около 100 нанометров — меньше одной тысячной диаметра человеческого волоса. Это делает их достаточно широкими, чтобы молекулы воды в воздухе могли легко проникать внутрь, но в то же время затрудняет их свободное прохождение через сетку.
Исследователи полагают, что каждый раз, когда молекулы воды ударяются о края крошечных отверстий, они создают маленький электрический заряд посредством процесса, называемого депротонированием. Поскольку в верхней части трубки, которая шире, чем нижняя часть, перемещается больше молекул, мы получаем электрический дисбаланс, и в конечном итоге — положительно и отрицательно заряженные края, как в аккумуляторе. Устройство функционирует, не имея движущихся частей. Очень похоже на твердотельную батарею, только заряжающуюся не по кабелю, а непосредственно от воздуха. И, конечно, заряд происходит очень медленно (хотя скорость можно повысить, разместив внутри устройства еще больше наноструктур).
Как и положено ученым, Яо и его команда сразу же приступили к итерациям, пробивая поры размером ~100 нанометров во всех доступных им материалах, от оксида графена до полимеров и деревянных нановолокон. Они даже использовали бактерии для выращивания белковых нанокристаллов, и проверили реакции в них. Что удивительно, все эти попытки оказались успешными. То есть, размер и характер наноструктур имеют большее значение, чем тот материал, из которого они сделаны. А это вполне может означать, что какая-то команда в будущем найдет еще более «продуктивный» материал. Потенциала для оптимизации тут по-прежнему много.
Применение в реальном мире
На данный момент устройство производит примерно один микроватт электричества. Этого достаточно для питания одного пикселя на светодиодном экране. А пикселей на экране, как вы понимаете, миллионы. Но в то же время устройство очень маленькое. То, что Цзюнь Яо держит в руках — это его контейнер, потому что напрямую пальцами такие наноструктуры, конечно же, брать нельзя. Сам «сборщик энергии», расположенный внутри, по ширине и высоте размерами всего лишь с ноготь большого пальца руки, а в толщину — одна пятая человеческого волоса. Теоретически, если мы соединим несколько таких устройств вместе, мы сможем обеспечить энергией нечто более существенное, просто позаимствовав немного влаги из воздуха.
Именно на этой предпосылке основывается португальская компания CascataChuva, обещающая коммерциализировать свою версию устройства для генерации энергии из воздуха. Пилотный запуск намечен на 2024 год. Девайсы, разумеется, выйдут сверхдорогими — всё-таки это нанотрубки и самые сложные технологические процессы. И вряд ли зарядка будет быстрой, мягко говоря. Но, скажем, миллионеры смогут всегда подзарядить свой девайс, если нужно будет сделать срочный звонок в горах, а всё уже разрядилось. Подобные устройства можно будет ставить на скорые, вертолеты и все другие устройства, работающие в сложных условиях вдали от цивилизации.
Это далеко не научная фантастика. Похожие системы уже работают, хоть и основываются на других принципах. Так, в 2021 году был запущен проект WaterLight — фонарик, в который заливают 500 мл морской воды, и он светится 24 часа благодаря её ионизации. В реальности свет получается не таким ярким, как в промоматериалах, но технологически этот процесс работает. Хотя каждый такой маленький фонарик стоит $100.
Тут встает вопрос, почему бы не заряжать подобные девайсы от энергии Солнца? Мы уже умеем изготавливать солнечные батареи (что 50 лет назад, кстати, тоже казалось научной фантастикой). Они стоят довольно дешево, полностью коммерциализированы, процесс налажен. Но гидроэлектроэнергия имеет теоретические преимущества перед всеми другими возобновляемыми источниками энергии. Если в вашем регионе мало солнечных дней или нет сильных ветров, зарядка от воздуха может стать более эффективной.
К тому же эти девайсы по умолчанию будут занимать меньше места. Они не зависят от площади панели или площади лопасти генератора: весь процесс происходит внутри, на микроуровне. Если вы живете в квартире, особенно во влажном климате, это может быть отличный шанс стать энергонезависимыми.
В перспективе, если с CascataChuva дела пойдут хорошо (и это большое «если»), компания утверждает, что вы сможете взять с собой домой прилично мощную «влажную» батарею размером со стиральную машину, для которой найдется место у большинства людей. Правда, поставить её в дальнем пыльном углу тут не получится: нужен периодический свежий воздух, в котором были бы молекулы воды. Чем выше удельная влажность — тем больше заряд.
Важно то, что удельная влажность (количество молекул воды в воздухе) меняется независимо от циклов дня и ночи. Бывают влажные ночи и сухие дни и наоборот. Поэтому таким устройствам найдется применение даже в доме с солнечными панелями и ветрогенераторами на крыше: всё равно какое-то время будут такие условия, когда не дует ветер и не светит солнце, а влажность высокая. Это делает новую гидротехнологию хорошим партнером для более распространенных, но не таких стабильных возобновляемых источников энергии.
И хотя пассивное получение электричества из воздуха может показаться слишком невероятным для существования, это не разовое открытие. Исследователи из Университета Цинхуа в Пекине с 2018 года экспериментируют с гидроэлектрическими пленками, которые могут генерировать напряжение почти в 1,5 вольт. Они уже сделали из них носимые устройства, работающие на гидроэлектрике, которые собираются встраивать в синтетическую одежду — чтобы бегуны могли заряжать гаджеты в кармане своим теплом и потом. Хотя принцип работы там другой, а в случае с наноструктурами мы до сих пор не до конца уверены, как именно они создают электричество, прогресс в этой сфере идет с разных сторон. Обычно такое случается, когда технология уже почти готова перейти в мейнстрим.
Стоимость и доступность
Хотя мы до сих пор не до конца понимаем механику того, как работает устройство для генерации воздуха, перспективы его реализации достаточно позитивны, и CascataChuva, как сообщается, близка к коммерциализации собственной «влажной» батареи. Их устройство шириной всего 4 сантиметра сейчас способно питать светодиодный светильник. По словам соучредителя и гендиректора компании Андрея Любчика, план-максимум состоит в том, чтобы к 2024 году собрать под одним корпусом 20 тысяч подобных устройств. Такая установка, по их подсчетам, сможет пассивно генерировать порядка 10 киловатт-часов электроэнергии в день — что, если честно, кажется какой-то слишком невозможной цифрой.
По словам CascataChuva, это вполне реально, и одна такая установка должна покрыть потребление энергии домохозяйством площадью 150 квадратных метров, при условии, что у него нет электромобиля. Планируется, что размеры первоначального устройства будут как у стиральной машинки. Потом, возможно, его удастся уменьшить, если у проекта найдутся инвесторы и покупатели.
Конечно, главный подвох — цена. За мощность приходится платить, и новые «влажные» батареи не будут дешевыми. CascataChuva прогнозирует, что нормированная стоимость энергии устройства (LCOE, способ сравнения эффективности генераторов энергии на протяжении всего срока их службы) изначально будет довольно высокой. В том числе, возможно, из-за периодической необходимости замены нанопанелей. А за сам девайс потребители заплатят от 15 до 19,5 тысяч долларов.
В то же время, если генерация 10 киловатт-часов — это правда, то это примерно как 24 солнечные панели, которые обычно занимают 46 м2 пространства и стоят 20-28 тысяч долларов. Плюс им нужна сложная установка на крышу, а ещё могут быть проблемы с доставкой. То есть если CascataChuva не врут, это не какой-то скам и им удастся сделать то, что они обещают, — новая технология во многом будет лучше солнечных панелей.
Почему нас это должно интересовать
Технология пока еще находится в зачаточном состоянии. Но благодаря своим уникальным свойствам получение влаги из воздуха может в перспективе стать самой доступной формой чистой энергии. Для которой не нужно создавать огромных агрегатов с лопастями 40 метров или площадью поверхности 200 м2. Здесь нужно куда меньше материалов, главное — правильно обработать их на микроуровне. А значит, в перспективе план перейти на эту технологию всей планетой — гораздо реалистичнее, чем план покрыть все свободные пространства солнечными панелями, на которых у нас всё равно пока не хватит материалов (для подпитки одних США нужно 7,85 миллиарда солнечных панелей, а для всего мира — 23 миллиарда).
Гипотетически говоря, устройства, работающие на основе генерации воздуха, могли бы позволить вам стать энергетически независимыми в любой части мира, где есть достаточно влажного воздуха. На первом этапе это может быть полезно для питания портативных и удаленных мест, куда не может добраться инфраструктура линий электропередачи. Или для обеспечения аварийного электропитания во время сбоев или стихийных бедствий. А потом, если технология докажет свою эффективность и отказоустойчивость — можно попробовать уйти с ней в стратосферу.
При этом подобные батареи могут быть сколь угодно маленького размера, вплоть до нескольких сотен нанометров. Что найдет применение в медицине и при построении любых устройств небольших габаритов, нуждающихся в собственном генераторе. Использование крошечных батарей с гидроэлектрической химической установкой позволит нам очень точно контролировать наши энергетические затраты. Ну и, конечно, можно будет заряжать аккумуляторы своих смартфонов или ноутбуков практически где угодно, не завися от общей энергосистемы.
Если задуматься, существует множество маломощных устройств, которые мы в конечном итоге выбрасываем, потому что повторяющиеся циклы зарядки очень быстро изнашивают их аккумуляторы. Небольшие носимые устройства, такие как FitBits или Airpods, вполне смогут частично работать от влажности, а пульт от телевизора или кондиционера — спокойно заряжаться за день, без необходимости периодически менять батарейки.
Химический состав аккумуляторов часто бывает агрессивным или летучим, а здесь — вода и наноструктуры, никакой угрозы для организма. Если устройства, работающие на воздушном топливе, окажутся долговечными, мы получим надежные бескислотные батареи, которые можно заряжать где угодно. Конечно, это пока очень большое «если». Есть немало вызовов, стоящих перед «влажными» генераторами. Давайте поговорим о них.
Проблемы и их решения
Самым большим препятствием здесь является то, что мы еще сами не понимаем, чего точно не знаем. Это новейшая технология, и хотя исследования, связанные с ней, являются достаточно авторитетными, существует еще много неизвестных. Никто, даже Цзюнь Яо и его исследовательская группа, не уверены в том, какая реакция здесь происходит. И чего от неё можно ожидать.
Если заряд действительно создается вследствие движения молекул воды, это должно означать, что происходит перенос электрона. Но что, если нанотрубки быстро «насыщаются» этими свободными электронами? Придется ли как-то «перезаряжать» такой девайс? Возможно, каждая структура восприимчива только к небольшому количеству свободных электронов, и тогда у нас не выйдет это масштабировать: микротоки так и останутся микротоками.
Возможно также, что всё это работает как эффект Зеебека (когда два разных металла, находящихся в контакте, производят небольшое напряжение). Тогда, скорее всего, этот эффект тоже не сможет производить достаточный ток, чтобы его можно было использовать в быту, и к тому же создаст коррозионную среду, которая сделает устройство не таким долговечным. Уже было несколько подобных открытых термоэлектрических эффектов, которые сначала выглядели многообещающе, но оказывались слишком дорогостоящими на практике, а чересчур сложная конструкция ограничивала их применение.
И хотя Яо полностью опубликовал все исследования своей команды, CascataChuva пока что этого не сделали. Поэтому неясно, насколько их устройство может быть реалистичным. Вроде бы они не хотят раскрывать принципы своей работы, и рисковать, что кто-то сможет украсть их патент и предложить подобное устройство дешевле. Но всё это вызывает здоровый скептицизм. Как ни крути, мы получаем энергию из воздуха! Кроме того, исследования Светланы Любчик и её команды из CascataChuva ранее были в основном теоретическими и вычислительными. Как мы хорошо знаем, это не всегда идеально транслируется в реальный мир. Нужно подождать, пока их прототип выйдет и сможет пройти независимые проверки.
Как долго сможет работать эта технология? Можно ли её успешно масштабировать? Каков её LCOE? Питер Добсон, профессор технических наук Оксфордского университета, с оптимизмом смотрит на устройства генерации энергии воздуха, но предупреждает об опасности попадания других частиц в наноматериалы. Существует множество примеров так называемых «сверхмощных» наноматериалов, которые были уничтожены мелкими пылинками. Например, пыль легко может повредить микроэлектромеханические датчики системы в наших смартфонах. Возможно, в реальных условиях эксплуатации подобное будет происходить и с «влажными» батареями. Как не дать грязи, пыльце и прочему мусору забить нанопоры устройства? Насколько легко будет их чистить и обслуживать? У нас пока нет специальных процедур по уходу за порами на «коже» батареек. В худшем случае — после нескольких лет эксплуатации их нужно будет выкидывать, и тогда их энергоэффективность точно будет хуже, чем у солнечных батарей.
Есть также опасения по поводу массового производства нанопор для устройства. Наладить такой процесс в лаборатории и на заводе — задачи разного класса. Поиск материала, необходимого для нанопор, тоже может быть непростым. В общем, нам предстоит многому научиться, прежде чем мы сможем серьезно заняться коммерциализацией такого продукта.
Но это не значит, что эти проблемы непреодолимы. Мы уже видели, как счастливая случайность, а потом внимательные исследования, выводят похожие технологии от уровня научной фантастики — на мировую сцену. Например, с пенициллином. А стоимость потом можно снизить в десятки или сотни раз — как это случилось с цифровой электроникой.
Если нам удастся недорого получать электроэнергию из воздуха, последствия обещают быть очень масштабными. Если подобная генерация заработает, она станет самым мощным инструментом зеленой энергетики, особенно в умеренных широтах. А все потому, что студент в лаборатории однажды забыл включить датчик в розетку.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
Комментарии (58)
GiperBober
01.12.2023 11:06+8Странно, что не упомянули наиболее востребованное именно для данной технологии применение - получение пресной воды на побережьях пустынь. Устройство, которое способно выдавать одновременно воду и электричество - это ж мечта для засушливых стран, имеющих морские побережья.
Чисто практически - это просто ещё одна технология, которая ждёт удешевления производства наноматериалов. Вместе с нанотрубочными канатами для орбитальных лифтов и всевозможных графеновых материалов и изделий, чудо-свойства которых постоянно обнаруживают в разных отраслях.
Wesha
01.12.2023 11:06+5Чисто практически - это просто ещё одна технология, которая ждёт удешевления
А также объяснения, как оно обходит второе начало термодинамики.
которое может стать будущим энергетики
Люблю такие заголовки. А может и не стать. Но ведь в любом случае не соврали — могло, но не шмогло!
nikolz
01.12.2023 11:06+1Вообще-то, влажность воздуха - это результат преобразования солнечной энергии. Очевидно, что прямое преобразование солнечной энергии позволяет получить больше энергии , чем через промежуточное преобразование во влажный воздух.
Кроме того, какая влажность воздуха при отрицательной температуре?
Очевидно, такой источник зимой никакой энергии не даст, а солнечная батарея работает и зимой.
.
Hardcoin
01.12.2023 11:06+7Никому не нужен универсальный источник энергии, который более-менее работает всегда. Всем нужны эффективные специализированные устройства.
Гидроэлектростанция не работает в пустыне. И что, это плохой источник энергии? Гидротермальная электростанция не работает без подземных источников. Приливная не работает в Москве, солнечная хоть сработает зимой в Якутии, но сработает плохо, газ дешевле. Атомные не очень подходят для зоны землетрясений. И т.п.
Очевидно
Нет, не очевидно. Можно в цифрах? Ночью, например.
lamerAlex
01.12.2023 11:06Никому не нужен универсальный источник энергии, который более-менее работает всегда. Всем нужны эффективные специализированные устройства.
Дизель-генератор горько заплакал в сторонке.
Нет, не очевидно. Можно в цифрах? Ночью, например.
Т.е. вы полагаете что это таки универсальный источник энергии, который более-менее работает всегда?
Hardcoin
01.12.2023 11:06+1Дизель-генератор и есть специализированное устройство. Отлично работает в тайге зимой, но редко полезен в центре Москвы (слишком дорого).
Т.е. вы полагаете что это таки универсальный источник энергии, который более-менее работает всегда?
Нет, я полагаю, что претензии к неработоспособности зимой неуместны, если есть хотя бы один набор условий, при которых этот источник удобнее/дешевле/проще/эффективнее всех других.
GennPen
01.12.2023 11:06+6Кроме того, какая влажность воздуха при отрицательной температуре?
Вы не поверите.
Hidden text
По оси X - температура, по оси Y - относительная влажность.
nikolz
01.12.2023 11:06+1В данном аспекте возникла путаница в терминологии.
Я под влажностью имел ввиду абсолютное количество воды в воздухе, а Вы говорите об измерении влажности - а это относительная величина.
Поэтому уточню свой комментарий . Зимой в воздухе нет влаги, поэтому устройство не будет работать.
GennPen
01.12.2023 11:06+8Я под влажностью имел ввиду абсолютное количество воды в воздухе,
А я по-вашему какую таблицу предоставил?
При -10гр.Ц при 100% влажности будет 2.1 грамма воды в 1 кубометре воздуха.
Glen5
01.12.2023 11:06+3Ну справедливости ради - вы лишь подтвердили слова вашего собеседника выше.
30 гр при +30 и 2 гр при -10.
Да и вообще, сложно что либо объективно подчеркнуть из такой таблицы. Вы аппелируете к данным при 100% влажности, но где ей взяться при отсутствующих открытых источниках воды?
Hardcoin
01.12.2023 11:06Он не подтвердил, он дал ответ на вопрос. И апелляции тут нет, он привёл пример. Все остальные цифры есть в таблице.
Само по себе утверждение "влаги мало, у устройства будут проблемы" верное. Но изначально же комментатор спросил "сколько". Ему ответили, сколько конкретно.
event1
01.12.2023 11:06Вы аппелируете к данным при 100% влажности, но где ей взяться при отсутствующих открытых источниках воды?
Большинство населения планеты живёт возле открытых источников воды
Vsevo10d
01.12.2023 11:06+4Да, давайте теперь забудем, что "устройство" изначально выдавало какие-то микроватты и будем говорить - нуууууу, 100% влажности нигде не бывает.
сложно что либо объективно подчеркнуть из такой таблицы
Это справочные, наиобъективнейшие данные на свете.
Если вы до сих пор не знали, что такое относительная влажность, давайте расскажу: это то количество влаги, которое не будет выпадать из воздуха при данной температуре.
Зачем тут температура? Потому что чем выше температура, тем активнее двигаются молекулы газов, и тем больше воды могут в себе растворить, в точности как горячий чай растворяет сахар, а холодный хуже.
где ей взяться при отсутствующих открытых источниках воды
Боже, при чем тут вообще это? У вас теплый воздух прошел над океаном, через 1500 км над континентом остыл и выпал дождем, это и есть 100% влажность! Если бы дело было только в близости к воде, то в Сахаре и Руб-эль-хали всегда были бы дожди, а в Красноярске никогда не было.
saboteur_kiev
01.12.2023 11:06зимой устройство можно поместить в теплое помещение. Или вообще, учитывая теоретические 10 кватт, оно само себя сможет подогревать достаточно, главное хорошо утеплить.
Судя по тому, что технология пока не до конца изучена (и еще есть вероятность скама), я бы поостерегся что-либо утверждать. Тем более такие прямо непродуманные утверждения
4p4
01.12.2023 11:06-1В тексте 10 киловатт/час то есть 416 ватт. Кстати, то, что они не написали 416 вт уже вызывает подозрения.
nikolz
01.12.2023 11:06В статье оригинале указана удельная мощность мкВт с см2. Попробуйте посчитать площадь такого источника энергии для 400 Ватт. У меня на вскидку получается сотни квадратных метров. Т е с футбольного поля получим 400 Ватт.
Vsevo10d
01.12.2023 11:06+3А теперь забываем ту чушь, которую преподают в школе, мол, вода выше 100 пар, а ниже 0 - лед, и открываем для себя удивительный мир фазовых диаграмм:
И тут мы видим, что существует сублимация (это не из психологии термин, если что) и возгонка, работающие как раз на границе Т-Г вплоть до сильно отрицательных температур. Белье на морозах вполне себе сушится на улице.
И еще фан-факт до кучи: это нам очень повезло как живому на Земле, что вода обладает графиком в виде вот такой буквы "У", у многих (если не большинства, но врать не буду) веществ левая граница Т-Ж тоже наклонена "вперед", как и правая ( то есть /, а не \). Это означает, что при повышении давления при той же температуре вещество спрессовывается и кристаллизуется. А вода в этом плане контринтуитивна, и поэтому зимой море не замерзает на дне под собственным чудовищным давлением (да, тут плотность льда важна, но и это играет роль).
event1
01.12.2023 11:06Очевидно, что прямое преобразование солнечной энергии позволяет получить больше энергии , чем через промежуточное преобразование во влажный воздух.
Гидроэлектростанция — работает через промежуточное преобразование во влажный воздух. Вы утверждаете, что солнечные панели эффективнее ГЭС?
lamerAlex
01.12.2023 11:06+2Если скажем солнечную панель сделать по площади равной бассейну реки с ГЭС - оооочень не исключено
Vsevo10d
01.12.2023 11:06Очевидно, что прямое преобразование солнечной энергии позволяет получить больше энергии , чем через промежуточное преобразование во влажный воздух.
Гидроэлектростанция — работает через промежуточное преобразование во влажный воздух. Вы утверждаете, что солнечные панели эффективнее ГЭС?
Это ж надо так АДСКИ все переврать!
Что говорит человек: если в технологическую цепочку "Свет - фотоэлементы" добавить еще одну операцию (а у нее КПД априори менее единицы), то общий КПД системы снизится.
В чем ваше передергивание:
Вы сравниваете изначально неравные технологии. В любых других способах генерации есть электрогенератор (вроде как, звено потери КПД). Солнечная энергия обходится без него, прямо вырабатывая электричество на фотоэлементах. Но зато есть множество путей потерь, свойственных только фотоэлементам (от их качества, то есть КПД самого процесса в полупроводниках, до чисто технических - непрямой угол падения света, облачность, запыление и т.д.);
Гидроэлектростанция — работает через промежуточное преобразование во влажный воздух - чиииииивоооооо??? Где там влажный воздух??? У вас генератор крутят потоки жидкой воды! Может, вы про АЭС или ТЭС хотели сказать?
Если вы про подогрев воды до парообразования, то увы, пар - это не "влажный воздух", это обычно перегретая среда под давлением с совершенно иными характеристиками, чем свободно диффундирующий влажный воздух в обсуждаемых наноматериалах. Перегретый пар под давлением несет огромную энергию для вращения турбин, да, это звено с потерей КПД, но совершенно несравнимы энергии, генерируемые им и влажным воздухом на нанопорах. И тем более нельзя его сравнивать с солнечными панелями, потому что в солнечной генерации вы выбрасываете эту технологическую операцию целиком (см. выше).
Вам просто Бриллиантовая сова по демагогии.
event1
01.12.2023 11:06+1Что говорит человек: если в технологическую цепочку "Свет - фотоэлементы" добавить еще одну операцию (а у нее КПД априори менее единицы), то общий КПД системы снизится.
Человек говорит, что фотоэлементы эффективнее испарения воды. Там не добавляется дополнительная операция. Там свет преобразуется вообще другим путём. Так же как и в случае ГЭС
Вы сравниваете изначально неравные технологии.
Я сравниваю те же технологии, что и коллега. Испарение воды солнечным светом против внутреннего фотоэффекта от солнечного-же света.
Гидроэлектростанция — работает через промежуточное преобразование во влажный воздух - чиииииивоооооо??? Где там влажный воздух??? У вас генератор крутят потоки жидкой воды! Может, вы про АЭС или ТЭС хотели сказать?
Чтобы вода в ГЭС крутила генератор, она сначала должна подняться выше этого генератора. Накопить потенциальную энергию, говоря физическим языком. Энергия эта берётся из солнечного света. Солнышко греет воду, она испаряется (увлажняя воздух), собирается в облака, выпадает дождём выше ГЭС, течёт вниз и крутит турбину (@nikolz этот ответ и вам тоже). В случае изобретения из статьи, цепочка просто короче.
nikolz
01.12.2023 11:06+1Вы ошибаетесь. Гидроэлектростанция работает за счет гравитации и накопленной потенциальной энергии воды в водохранилище.
Цитата из Вики:
Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии движение водных масс в русловых водотоках и приливных движениях; вид гидротехнического сооружения. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки.
GennPen
01.12.2023 11:06+16По принципу это та же гидроэлектроэнергия. Только теперь вместо огромной дамбы её способен вырабатывать крошечный девайс размерами меньше смартфона.
И в очередной раз ученые изнасиловали журналистов.
Тут встает вопрос, почему бы не заряжать подобные девайсы от энергии Солнца? Мы уже умеем изготавливать солнечные батареи (что 50 лет назад, кстати, тоже казалось научной фантастикой).
К слову говоря, 65 лет назад уже были запущены спутники с солнечными батареями. О какой фантастике идет речь?
nikolz
01.12.2023 11:06Вы путаете гидроэнергию и энергию из влажного воздуха. Это совершенно разные принципы. У них общее лишь молекулы воды.
nikolz
01.12.2023 11:06+4В статье сказано, что данный метод, называемый авторами Air-gen, имеет более низкую выходную мощность уровня мкВт на см2.
Для справки , солнечная батарея имеет выходную мощность уровня 100000 мкВт на см2
nixtonixto
01.12.2023 11:06+13Учитывая микроваттную мощность - авторы вполне могли словить энергию ТВ- или радио-волн, которая как-то выпрямилась на их наноструктурах. Хотелось бы посмотреть на результаты эксперимента в клетке Фарадея.
kasiopei
01.12.2023 11:06Тесла искал способы собирать атмосферное электричество. Возможна свою башню делал чтоб делать пробой и ловить молнии.
Sdima1357
01.12.2023 11:06+8В то же время, если генерация 10 киловатт-часов — это правда, то это примерно как 24 солнечные панели, которые обычно занимают 46 м2 пространства и стоят 20-28 тысяч долларов
Это не 10 квч , а 10 киловатт солнечных батарей . И сгенерируют 10 киловатт часов они всего за час солнечного дня.
А куда денется влага из этих нанофиговин за те-же деньги - непонятно. Цирк какой-то...
MaximArbuzov
01.12.2023 11:06Для устройства указано 10 кВт-ч в день.
Про солнечные батареи - да, всё так.
vagon333
01.12.2023 11:06-2GPT делает меня ленивым. :)
Для ленивых, как я:
Новаторское открытие в области энергетики: генерацию энергии из воздуха, случайно обнаруженную учеными из Массачусетского университета в Амхерсте.
Исследователи, изначально создававшие новый датчик влажности, обнаружили, что их устройство генерирует электричество, когда в нем происходит депротонирование молекул воды.
Этот процесс приводит к возникновению электрического заряда в наноструктурах устройства, делая его похожим на твердотельную батарею, заряжающуюся от воздуха.Португальская компания CascataChuva уже пытается коммерциализировать эту технологию.
На данный момент устройство производит около одного микроватта электричества, что достаточно для питания одного пикселя на светодиодном экране.
Теоретически, соединив несколько таких устройств, можно обеспечить энергией более значительные объекты.Также, обсуждаются потенциальные применения и проблемы этой технологии, включая её эффективность, стоимость и прочность. Хотя она еще находится в зачаточном состоянии, её потенциал делает её перспективным направлением в области возобновляемой энергетики.
3epka
01.12.2023 11:06+124 солнечные панели никак не стоят 20-28 тысяч долларов, откуда такую цену насчитали? Панель 22% эффективности нынче от 100 до 200 долларов можно взять, без поисков. Поискав можно и дешевле найти. Может они еще и инвертор и батареи в цену включили?
rPman
01.12.2023 11:06+8Так и не смог понять, откуда у данного процесса непрерывность!?
Вот имеем пластинку, с одной стороны которой внешняя среда, с другой герметичная внутренняя емкость. Процесс абсорбции будет идти пока влажность между этими средами будет разной, т.е. пока внутри будет суше чем снаружи.. что не может быть бесконечным, как только влага проникнет внутрь, влажность там повысится, выровняется и процесс остановится.
Чтобы высушить емкость, нужно будет приложить усилия, скорее всего на порядки больше чем энергии можно будет добыть.
NickDoom
01.12.2023 11:06+3Так и не смог понять, откуда у данного процесса непрерывность
А её там и нету :) Это топливный элемент смешной мощности, расходующий, с одной стороны, эту нанопипиську, а с другой — атмосферную влагу (и ещё и немасштабируемый, потому что влага глубже пары миллиметров в материал не заглубится, сожрётся раньше).
Возможно, оно может на колебания влаги туда-сюда отзываться, но с таким же успехом делались часы, работавшие от суточных колебаний температуры и прочие гаджеты, и «будущим энергетики» они таки не стали :)
Даже странно, откуда у них такая эмоциональная реакция на ЭДС в отключенном датчике, они его в магазине купили и не знают, как он работает? Похоже, умный чукча (да простят меня…) не просто розетку купил, а ещё и стартап по торговле оными мутит :-D
Кстати, генератор от обратного процесса (испарения воды) давно существует — «пьющая птичка» называется :)
shalinkirill
01.12.2023 11:06в самом начале статьи же написано - "Поскольку в верхней части трубки, которая шире, чем нижняя часть, перемещается больше молекул"... это трубка... а откуда вы взяли "герметичную внутреннюю емкость"?
AlexanderS
01.12.2023 11:06Случайное открытие, которое может стать будущим энергетики
А может и не стать. Такой заголовок однако :) Но статья об очередном прорыве в энергетике радует, а то как-то давно не было, я уже даже беспокоиться начал.
murkin-kot
01.12.2023 11:06Наука здесь очень сложна, и пока не исследована
Другими словами - мы продаём вам воздух, в прямом и переносном смысле. И какая-то каскАта чУва это дело коммерциализирует. Прикручивает туда солнечные батареи и продаёт выработанную солнцем энергию как мега-открытие чего-то нового.
Итого - реклама очередного безумного стартапа, использующая людскую глупость, выражающуюся в желании видеть чудеса там, где их нет.
Как реклама - эффективно. Привлекаем внимание и получаем бесплатные репосты (и много). Как технология - просто солнечные батареи. Всё остальное - для привлечения внимания.
lonelymyp
01.12.2023 11:06Я так и не понял как это использовать. Вот начал этот прибор сосать влагу, вырабатывает электричество, через какое-то время он наконец насосался, стал мокрым и перестал работать.
А дальше что, ждать пока он на солнышке просохнет сам по себе? Или класть в духовку чтобы просушился? Или это аварийная сухая батарея, при распечатывании от влаги включается?
ilriv
01.12.2023 11:06Ночью впитает росу - даст энергию. Днём высохнет. То есть будет своеобразным теплоэлементом, преобразующим энергию испарения/конденсации воды в электроэнергию.
konst90
01.12.2023 11:06+1Наблюдение: если значимая часть публикации посвящена потенциальному применению созданного на новом принципе устройства с привычным назначением, то устройства скорее всего не появится.
Потому что, если я действительно что-то сделал - я буду рассказывать о том, как это работает. Какова физика процесса. Какие выходные параметры, ресурс, условия работы.
А как применить "вечный источник энергии" или "новый более экономичный двигатель" - пусть разбираются те, кто этим профессионально занимается.
swatchel
01.12.2023 11:06Прочитал статью сначала скептически улыбнулся, но подумав немного — необходимо просчитать эффект от модернизации турбин на ГРЭС по этой технологии, возможно будет увеличение КПД и мы не будем зависеть от изготовителей турбин?
NeoCode
Думаю, проблема еще в том что эти нанострукуры быстро забьются пылью и деградируют.
ITSoftWeb
Вполне может быть так. Это надо будет проверить после нескольких лет работы этих устройств.
Hardcoin
Возможно, хватит несколько часов в пыльной камере.
Rezzet
Уже было много странных работ которые обещали чудо вот-вот, недавно был хайп вокруг неинерциального двигателя(EmDrive) или как-то так, который должен был создавать тягу не реактивным движение. Опять же чем закончился хайп вокруг анализа одной капли крови(Theranos) (тюремными сроками и сериалом на нетфликсе). Много что бы открыто случайно. Не припомню случаев когда что-то работало, но ему не было объяснения (не говорю что такого не было, говорю что я не знаю таких случаев, если кто-то приведет примеры буду рад узнать новое).
Vsevo10d
EmDrive был практически наверняка нерабочим, основные усилия прилагались для того, чтобы определить тот неучтенный эффект, заставляющий думать, что там не соблюдается энергетический баланс.
Theranos был чудовищным скамом, очевидным любому магистру в биотехе, хоть раз сидевшему за хроматографом или красившему клетки антителами. Но включилась неумолимая вера в чудеса, которая сразу же проявляется и здесь на Хабре в комментариях, когда говоришь, что физически невозможно что-то сделать из-за законов природы - сразу же идут в ход железные аргументы "ну в XIX веке мы ездили на телегах, а сейчас на электромобилях" оказалась сильнее аргументов знающих людей, и отравленное дерево стало расти, пока по отсутствию плодов не поняли все - и инвесторы, и обываетли, и судья.
А здесь как раз очень подробно раздолбали именно фундаментальные аспекты этого эффекта. Так что я вижу проблемы только в масштабировании и технических проблемах. Например
- я бы как раз наоборот, строил из этого материала поля и лопасти. Стохастические процессы будут очень сильно зависеть именно от площади контакта с объемом воздуха, содержащего влагу. Поэтому когда вы строите технологии, основанные на стохастических процессах (например, теплообменники), у вас всегда идут несколько уровней эффективности: а) пассивное устройство (есть площадь, есть объем, куда оно отдает тепло или массу, остальное делает диффузия; это нагревающий элемент, электрод); б) устройство с активным перемешиванием объема (вы перемешиваете жидкость в химическом аппарате, да даже чай в кружке - смываете в единицу времени больше концентрата чая из чаинок и сахара из кубика; вы продуваете через нагревающийся элемент воздух для его охлаждения - привет кулеру процессора); в) устройство с активным перемешиванием и отведением рабочего тела (например, автомобильный радиатор с включенным вентилятором и открытым термостатом). Отводить рабочее тело (менять твердый наноматериал) мы в принципе не можем, так что активный обдув для ускорения обмена влагой с воздухом - единственный путь оптимизации.
Rezzet
Из описания не понял одного, как соблюдается закон сохранения энергии. Перенос протона и прочее это конечно хорошо, но откуда откачивается энергия? Если выкопать большую яму рядом с озером, то под действием гравитации туда будет сливаться вода вода и пока она сливается можно вырабатывать электричество. Что делать когда яма наполнилась? Отсюда очень много вопросов. Так то и элемент Пельтье работает очень неплохо, до тех пор пока есть разность теплового потенциала. Но вы же понимаете что поставить холодильник, обложить его стенки элементами Пельтье и запитать от них компрессор не получится, ну как получится, только работать не будет, в лучшем случае получите аналог маятника.
Vsevo10d
Я рискну предположить, что депротонирование носит такой же "насыщательный" характер: энное количество молекул депротонируется, а потом все каналы станут положительно заряженными и например уже не будут выпускать депротонированные молекулы воды из-за кулоновских взаимодействий. То есть, это "губка", из которой нужно либо принудительно выгонять воздух, либо переключаться между модулями, пока насосавшийся зарядов и разряженный заряжается снова. И тут уже писали, что вряд ли эта борода будет работать в большом масштабе, потому что диффузия воздуха будет происходить неглубоко в материал, так что либо принудительная подача воздуха, либо сверхтонкие листы чудовищных площадей.
Ну а далее проблемы с запылением, переработка идеи в стерильный замкнутый сосуд с закачиванием подготовленного воздуха, что едва окупается по энергии и вообще какой-то очень сложный способ получения электричества, давайте и дальше перегораживать реки и греть урановые чайники.
BigBeaver
Достаточно мутная схема, в общем. Иллюзия "энергии из ниоткуда" скорее всего возникает на ограниченном отрезке времени из-за незамкнутости системы.