Nieoczekiwane źródło energii elektrycznej w strumieniu sprężonego powietrza
Przełomowe spostrzeżenie przyszło dość niespodziewanie. Naukowcy z Uniwersytetu Chung-Ang, pod kierunkiem Sangmina Lee, testowali wcześniej nanogeneratory przy wietrze o niskiej prędkości. Gdy z ciekawości skierowali na nie strumień wysokociśnieniowego powietrza, zaobserwowali coś nowego.
Czytaj też: Ten materiał można przetwarzać w nieskończoność. Przemysł lotniczy i energetyczny czeka na to od lat
Podczas badań byliśmy ciekawi, co się stanie, jeśli wysokociśnieniowy wiatr uderzy w nanogenerator triboelektryczny. Dlatego stworzyliśmy strukturę inspirowaną turbiną Tesli i przeanalizowaliśmy dane. Z wyników zaobserwowaliśmy efekt statyczny cząstek – cząstki stałe w powietrzu mogą również generować ładunek powierzchniowy na warstwie triboelektrycznej – wyjaśnia Lee
To zjawisko, związane z elektrostatycznym ładowaniem się cząstek stałych obecnych w powietrzu, otworzyło nową drogę. Wcześniejsze próby wykorzystania podobnych efektów kończyły się problemami z kontrolą wyładowań, co stanowiło zagrożenie. Rozwiązania polegające na dodawaniu do systemu wody lub dodatkowych cząstek okazały się mało praktyczne i ograniczały potencjał.
Beztarciowy mechanizm generowania prądu
Działanie nanogeneratora triboelektrycznego inspirowanego turbiną Tesli różni się od konwencjonalnych turbin wiatrowych. Nie wykorzystuje on łopatek, które musiałyby się fizycznie obracać w strumieniu. Zamiast tego, energia jest odzyskiwana dzięki lepkości sprężonego powietrza, które wprawia w ruch wewnętrzną strukturę urządzenia. Kluczowe jest to, że ładunek elektryczny powstaje na powierzchni materiałów triboelektrycznych bez potrzeby ich bezpośredniego tarcia. Stąd określenie „beztarciowy”.
Czytaj też: Pole elektryczne przepisuje chemię wody. Eksperci mówią o konsekwencjach dla sektora energetycznego
Prąd generowany jest poprzez indukcję elektrostatyczną w obracających się elektrodach. W testach laboratoryjnych urządzenie osiągało prędkość obrotową sięgającą 8472 obrotów na minutę, co przekładało się na generowanie impulsów o częstotliwości 325 Hz. Wyniki pomiarów są imponujące: napięcie sięgało 800 V, a natężenie prądu 2,5 A. Takie parametry sugerują, iż urządzenie mogłoby zasilać różne sprzęty elektroniczne. Warto jednak zauważyć, że to wciąż wyniki ze ściśle kontrolowanego środowiska badawczego.
Zastosowania wykraczające poza produkcję prądu
Opracowana technologia oferuje więcej niż tylko wytwarzanie energii elektrycznej. Dzięki wysokiemu napięciu wyjściowemu, ten sam strumień sprężonego powietrza mógłby być wykorzystany jednocześnie do innych celów. Urządzenie może generować jony ujemne, które pomagają regulować wilgotność i oczyszczać powietrze z kurzu oraz innych zanieczyszczeń. Istnieje nawet możliwość wspomagania zbierania wody z wilgoci zawartej w atmosferze. Ta wielofunkcyjność sprawia, że rozwiązanie jest szczególnie interesujące dla przemysłu. W miejscach, gdzie sprężone powietrze jest i tak używane, jego „odpadowy” strumień mógłby zasilać czujniki, oświetlenie lub systemy monitorowania, a przy okazji poprawiać mikroklimat w hali. T