Поиски нового источника возобновляемой энергии идут полным ходом, и ни одно природное явление не упускается из виду. Мы уже использовали силу ветра, солнечного света и потоков воды, но найти следующий чистый источник энергии очень сложно.
Последний теоретический прорыв в области возобновляемой энергетики связан с дождем.
Дождь не привлекал большого внимания специалистов в области возобновляемой энергии, возможно, потому, что было сложно реализовать на практике его потенциал производства электроэнергии. Тем не менее, сегодня предпринимаются определенные попытки, и в ходе недавних экспериментов американским и гонконгским исследователям удалось выработать электричество напряжением 140 вольт от одной капли дождя. Этого достаточно, чтобы на короткое время зажечь 100 светодиодных ламп.
Сама идея не нова. Предпринимались и раньше попытки получить электричество из капель дождя, и все они использовали трибоэлектрический эффект: это когда определенные материалы приобретают электрический заряд в результате контакта с другим материалом, после чего их снова разделяли. Это тип статического электричества с низким зарядом. Но все предыдущие попытки имели ограничения в технической реализации технологии.
Команда ученых, занимающаяся разработкой нового генератора, использующего дождевые капли, смогла расширить эти пределы. Исследователи из Городского университета Гонконга и Университета Небраски-Линкольна два года работали над созданием устройства, варьируя плотности энергии, которое они назвали генератором капельного электричества (droplet electricity generator или сокращенно DEG).
Они использовали конструкцию полевых транзисторов-трехполюсников, в которых электрическое поле управляет проходящими через них электрическими токами. Благодаря такой конструкции плотность энергии в DEG взлетает до 50 Вт на квадратный метр, что в тысячи раз превышает плотность энергии в аналогичных устройствах.
Но это еще не все. В поисках способа покорения энергии дождевых капель ученые также применили специальный материал, которым покрывали генератор. Называется он политетрафторэтилен или сокращенно ПТФЭ. Это гидрофобный полимер, который не намокает и может выдерживать высокие температуры. Кроме того, он имеет то, что ученые называют квазипостоянным электрическим зарядом. По данным издания Engadget, когда дождевая капля падает на поверхность генератора из ПТФЭ, она замыкает два электрода, создавая замкнутую цепь, что тем самым высвобождает накопленные в материале поверхности энергетические заряды.
Еще пройдет много времени, прежде чем мы начнем использовать зонтики с покрытием из ПТФЭ с встроенными под ним электродами. Но в будущем люди возможно будут жить в домах с крышами, которые являются электрогенераторами, использующие кинетическую энергию выделяющейся из облаков воды.
Другие попытки получать энергию из капель дождя предусматривали использование кинетической энергии падающих с неба капель. В основе этой технологии лежит пьезоэлектрический эффект. Когда какой-то объект падает на другой объект, он, ударяясь в него, тем самым оказывает на него давление. В результате этого воздействия во втором объекте, создается электрический ток, если он сделан из пьезоэлектрического материала. Таким образом, капли дождя, падающие на поверхность пьезоэлектрического материала, будут генерировать электричество. К сожалению, коэффициент конверсии в этих конструкциях крайне мал, и это, прямо скажем, не стоит затраченных усилий.
Между тем, турбину генератора можно приводить в действие собранными дождевыми каплями, используя тот же принцип, что и на гидроэлектростанции. Это еще один экономически целесообразный способ использования дождя. Все, что для этого нужно, это большой резервуар для сбора дождевой воды, установленный над землей, а затем можно использовать энергию этой воды для вращения турбины. Этот способ мог бы быть особенно актуальным для районов мира, где часто бывают муссоны, приносящие достаточные массы дождевой воды для этой альтернативной гидроэнергетической системы.
Также есть еще микротурбина, разработанная студентами Технологического университета Мексики, в которой дождевая вода используется для выработки электроэнергии. Принцип работы такой же, как на гидроэлектростанциях. Разница в том, что это электричество компенсирует энергию, используемую для очистки дождевой воды. Это решение «два в одном» нацелено на обеспечение населения бедных районов Мехико чистой питьевой водой и на компенсацию части электроэнергии, используемой в этом процессе, за счет ее дополнительной генерации из оставшейся неочищенной дождевой воды.
Существует даже солнечная батарея, которая может использовать кинетическую энергию дождя, что делает возможным реализацию хорошего решения проблемы солнечных панелей, связанной с дождем: они не могут генерировать электричество в условиях пасмурной погоды. Но если покрыть панель слоем графема, чудодейственного материала, выполняющего роль конденсатора, то разница между электронами и ионами капель дождя будет генерировать электричество при их контакте с поверхностью.
Мир возобновляемой энергетики становится все более захватывающим. Все оправдано в поисках очередного безграничного безэмиссионного источника электрической энергии. Что касается дождя, то ключевые технологии уже есть. Теперь задача состоит в том, чтобы повысить КПД преобразования этой технологии, чтобы сделать дождевую воду жизнеспособной альтернативой системам производства электроэнергии, выбрасывающим в атмосферу большое количество вредных веществ.
