Esővízből energiát nyerni? Igen, lehetséges!

Egy úttörő innováció, amely lehetővé teszi, hogy az esőcseppek mozgási energiáját elektromos árammá transformáljuk.

A triboelektromos nanogenerátorok forradalmi új utakat kínálnak a fenntartható energiatermelés terén. Ezek az innovatív eszközök képesek a lehulló esőcseppek mozgási energiáját elektromos árammá transzformálni, ezáltal kihasználva a természet adta lehetőségeket.

A városi környezetben végzett fejlesztések rendkívül előnyösek lehetnek, hiszen nem igényelnek bonyolult infrastruktúra kiépítést. A célja az, hogy tovább fokozza a decentralizált energiatermelést, emellett pedig fenntartható alternatívákat kínáljon az épületek, közlekedési eszközök és egyéb berendezések energiaellátásához.

**A Triboelektromos Jelenség Alapjai: Egy Érdekes Felfedezés a Fizika Világában** A triboelektromos jelenség, amely során két különböző anyag érintkezésekor elektromos töltések cserélődnek, izgalmas és sokrétű jelenség a fizika területén. E jelenség hátterében a felületek közötti kölcsönhatások állnak, amelyek során az elektronok átvándorolnak az egyik anyagról a másikra. Ezt a folyamatot gyakran tapasztalhatjuk a hétköznapokban is, például amikor a szintetikus anyagú ruhát levesszük, és az statikus elektromosságot generál. A triboelektromosság mértékét különböző anyagok esetében a triboelektromos sor segítségével lehet meghatározni, amely rangsorolja az anyagokat aszerint, hogy hajlamosak-e töltéseket felhalmozni vagy leadni. A jelenség nem csupán tudományos érdekesség, hanem számos gyakorlati alkalmazása is van, például a műanyagok gyártásában, az elektronikai eszközök tervezésében, vagy akár a mezőgazdaságban, ahol a porok és granulátumok kezelésekor is jelentős szerepet játszik. A triboelektromos jelenség megértése fontos lépés a modern technológia fejlődésében, hiszen lehetővé teszi, hogy jobban kihasználjuk az anyagok elektrosztatikus tulajdonságait, és új megoldásokat találjunk a különböző ipari és tudományos kihívásokra.

A triboelektromosság (vagy más néven dörzselektromosság) abban az esetben észlelhető, amikor két különböző anyag érintkezik egymással, és a köztük jelentkező dörzsölő hatás következtében töltésátvitelre kerül sor.

A Szingapúri Nemzeti Egyetem, együttműködve különböző nemzetközi kutatóintézetekkel, innovatív módon közelíti meg a triboelektromos nanogenerátorok (TENG) technológiáját. Céljuk, hogy ezt a különleges jelenséget kihasználva kifejlesszenek egy új energiaelőállítási módszert, amely lehetővé teszi, hogy az esőcseppek mechanikai energiáját elektromos árammá transzformálják. Ezzel a megoldással fenntarthatóbb alternatívát kínálnak az energiahordozók terén.

A megoldás lényege abban rejlik, hogy a politetrafluoretilén, közismert nevén teflon, felületével érintkező vízcseppek képesek elektromos töltést generálni. Ez a felhalmozódó töltés egy potenciálkülönbséget hoz létre, amelyet egy speciális elektródarendszer segítségével árammá lehet alakítani. A vízcsepp, amikor a két elektróda – például alumíniumból és indium-ón-oxidból készült – közé kerül, zárja az áramkört. E mikroszkopikus érintkezés rendkívül gyorsan képes jelentős feszültséget előidézni.

A lehulló esőcseppek mozgási energiáját elektromos árammá lehet transzformálni, ami új lehetőségeket nyit meg az energiahasznosítás terén. - fotó: pixabay.com

Teljesítmény és alkalmazási lehetőségek

Az elmúlt évek fejlesztései nyomán a technológia gyakorlati alkalmazhatósága és teljesítménye jelentős mértékben megnőtt.

A jelenlegi technológia lehetővé teszi, hogy egy körülbelül 15 centiméter magasból lehulló 100 mikroliteres esőcsepp akár 140 volt feszültséget termeljen, miközben a generált áramerősség több mikroamperre is rúghat.

Ez az impulzus elegendő ahhoz, hogy egy pillanatra akár 100 kis LED izzót is működésbe állítson. A laboratóriumi tesztek során a legújabb TENG-rendszerek már elérték a 313 watt/négyzetméter teljesítménysűrűséget, miközben energiaátalakítási hatékonyságuk 10-12% között mozog. Érdekes módon egyes kísérleti anyagkombinációkkal sikerült ezt a hatékonyságot akár 40-60%-ra is feltornászni.

Az alapanyagok gondos kiválasztásával tartós triboelektromos hatás érhető el, azonban fontos megjegyezni, hogy az energiatermelés folyamata nem állandó, hanem inkább impulzusszerűen zajlik a cseppek becsapódásának pillanataiban. Ennek következtében ezek az eszközök leginkább alacsony energiaigényű, időszakosan működő berendezések energiaszolgáltatására alkalmasak.

A TENG-rendszer egyik kiemelkedő előnye, hogy nem igényel folyamatos vízáramlást a működéséhez; elegendő hozzá csupán a természetes eső. Emellett kompakt mérete, modularitása és viszonylag alacsony gyártási költségei lehetővé teszik, hogy akár épületek tetejére, ereszcsatornáiba, sőt, járművek vagy ruházatok felületére is beépíthető legyen.

Különösen izgalmas lehetőségeket rejtenek azok a hibrid rendszerek, amelyek a TENG-eket perovszkit napelemekkel ötvözik. Ezek a megoldások a változó időjárási körülményekhez alkalmazkodva nemcsak napfényből, hanem esőből is képesek energiát termelni. Jelenlegi teljesítményük figyelemre méltó, hiszen a megszokott panelek 11,5%-os hatásfokával szemben ezek a rendszerek akár 12 volt feszültséget és 2,75 µW/cm² teljesítményt is képesek biztosítani.

Az Energiastratégia Intézet egyedülálló forrást képvisel az energetikai politikák és stratégiák területén.

Indexkép forrása: pixabay.com