Исследователи из Сингапура разработали хитрый способ превращения капель дождя в электричество — достаточное для питания 12 светодиодов в течение 20 секунд, используя лишь небольшую вертикальную трубку и нескольких своевременно падающих капель.
Исследование демонстрирует, как явление, известное как «жёсткое течение» [plug flow] — когда все частицы в капилляре имеют одинаковую скорость и направление движения — может значительно увеличить количество электричества, вырабатываемого из падающей воды.
По словам Сиоулинга Со, доктора философии, доцента Национального университета Сингапура и автора исследования, когда два материала соприкасаются, заряженные частицы на их поверхностях испытывают небольшой толчок, подобно статическому электричеству, которое накапливается, когда вы трёте воздушный шарик о свою кожу.
Поскольку вода, стекающая по определённым поверхностям, может приобретать или терять заряд, команда исследователей решила использовать этот эффект, генерируя электричество из капель, похожих на дождь, падающий в трубе.
«Вода, падающая через вертикальную трубу, вырабатывает значительное количество электричества благодаря особой схеме движения воды: „жёсткому течению“», — объясняет Сох. «Эта схема может позволить собирать энергию дождя для производства возобновляемого электричества».
Эксперт в области химического машиностроения объясняет, что, хотя проточная вода может вырабатывать электричество, вращая турбину, гидроэлектроэнергия ограничена районами с обильными источниками воды, такими как реки.
Поэтому для небольших и медленно движущихся объёмов воды альтернативным подходом является использование разделения зарядов — процесса, при котором электрические заряды образуются при протекании воды через канал, покрытый внутри проводящим материалом. Однако этот метод оказался крайне неэффективным, поскольку он генерирует заряд только на поверхности, по которой течёт вода.
Вода, протекающая через тонкую трубку с полимерным покрытием короткими струйками, как показано на этих иллюстрациях, может вырабатывать электричество.
В прошлом учёные пытались повысить его эффективность за счёт увеличения площади поверхности, используя микро- или наноразмерные каналы для непрерывного потока воды. Однако вода не проходит естественным образом через такие крошечные пространства, и для её проталкивания требуется больше энергии, чем может произвести система.
Чтобы решить эту проблему, Сох и его команда разработали простую систему с использованием более крупных каналов, через которые легко проходит дождевая вода.
В их конструкции вода текла из нижней части башни через металлическую иглу, выпуская капли размером с обычные дождевые в отверстие вертикальной полимерной трубки высотой 32 сантиметра и толщиной 2 миллиметра.
Этот сегментированный поток позволяет электрическим зарядам накапливаться вдоль проводящей внутренней поверхности трубки. Затем вода собирается в чашке на дне, а провода на обоих концах трубки электричество, генерируемое во время её спуска.
Впечатляет, что система преобразует более 10 процентов энергии падающей воды в электричество, что значительно превосходит производительность непрерывного потока воды – а именно, на пять порядков.
Хотя скорость движения капель в эксперименте была ниже, чем при естественном дожде, исследователи считают, что в реальных условиях эта установка будет ещё эффективнее.
Источник: habr.com
