Tesla spekulował, że energia elektryczna z powietrza jest możliwa – teraz pytanie brzmi, czy będzie możliwe wykorzystanie jej na skalę, której potrzebujemy do zasilania naszych domów. Na początku XX wieku serbski wynalazca Nikola Tesla marzył o generowaniu nieograniczonej darmowej energii elektrycznej z otaczającego nas powietrza. Tesla zawsze był ambitny i myślał z rozmachem, postrzegając Ziemię i górne warstwy atmosfery jako dwa końce gigantycznej baterii. Nie trzeba dodawać, że jego marzenia nigdy się nie spełniły, ale obietnica energii powietrznej – higroelektryczności – ponownie pobudza wyobraźnię naukowców. Różnica polega na tym, że nie myślą oni o dużych, ale o bardzo, bardzo małych rozmiarach.
W maju zespół z University of Massachusetts (UMass) Amherst opublikował artykuł, w którym oświadczył, że udało mu się wygenerować niewielki, ale ciągły prąd elektryczny z wilgoci w powietrzu. Jest to twierdzenie, które prawdopodobnie podniesie brwi, a kiedy zespół dokonał odkrycia, które zainspirowało te nowe badania w 2018 roku, tak się stało.
Zespół UMass Amherst był zaskoczony, gdy odkrył, że urządzenie, które składało się z szeregu mikroskopijnych rurek lub nanodrutów, mimo wszystko wytwarzało sygnał elektryczny. Każdy nanodrut miał mniej niż jedną tysięczną średnicy ludzkiego włosa i był wystarczająco szeroki, aby przeniknąć cząsteczkę wody unoszącą się w powietrzu, ale wystarczająco wąski, aby obijać się wewnątrz rury. Zespół odkrył, że każde uderzenie nadawało materiałowi niewielki ładunek, a wraz ze wzrostem częstotliwości uderzeń jeden koniec rury ładował się inaczej niż drugi.
W swoich obecnych badaniach zespół Yao odszedł od nanodrutów i zamiast tego wykrawa materiały z milionami maleńkich otworów lub nanoporów. Opracowane przez nich urządzenie ma wielkość paznokcia, jedną piątą szerokości ludzkiego włosa i może wygenerować około jednego mikrowata – wystarczająco dużo, aby oświetlić pojedynczy piksel na dużym ekranie LED. Czego więc potrzeba, aby zasilić resztę ekranu, a nawet cały dom? „Piękne jest to, że powietrze jest wszędzie” – mówi Yao.
Dokładnie to próbuje zrobić inny zespół, prof. Svitlana Lyubchyk i jej synowie bliźniacy, prof. Andriy i Sergiy Lyubchyk. Svitlana Lyubchyk i Andriy są częścią lizbońskiego projektu Catcher, którego celem jest „przekształcenie wilgoci w energię odnawialną”, a wraz z Sergiyem założyli CascataChuva, start-up mający na celu komercjalizację badań.
Zaczęli pracować nad tym pomysłem w 2015 roku, jakiś czas przed zespołem Yao z UMass Amherst. „Byliśmy uważani za dziwaków” – mówi Andriy. „Facetów, którzy powiedzieli coś zupełnie niemożliwego”. Próba udowodnienia wartości wczesnego dowodu koncepcji na konferencjach dosłownie sprawiła, że się zarumienili. Mówi: „Sygnał nie był stabilny i słaby. Mogliśmy wygenerować 300 miliwatów, ale trzeba było włożyć całą swoją siłę w płuca, aby wdychać wystarczającą ilość wilgoci do próbek”. Od tego czasu przeszli długą drogę: Catcher i powiązane projekty otrzymały prawie 5,5 miliona euro (4,7 miliona funtów) dofinansowania od Europejskiej Rady Innowacji. Rezultatem jest cienki szary dysk o średnicy 4 cm (1,5 cala). Według Lyubchyks, jedno z tych urządzeń może wygenerować stosunkowo skromne 1,5 wolta i 10 miliamperów. Jednak 20 000 z nich ułożonych w kostkę wielkości pralki może wygenerować 10 kilowatogodzin energii elektrycznej dziennie – mniej więcej tyle, ile zużywa przeciętne brytyjskie gospodarstwo domowe.
Co jeszcze bardziej imponujące, planują mieć prototyp gotowy do demonstracji w 2024 roku.
Urządzenie, które może generować użyteczną energię elektryczną z rozrzedzonego (lub nieco wilgotnego) powietrza, może wydawać się zbyt piękne, aby mogło być prawdziwe, ale Peter Dobson, emerytowany profesor inżynierii na Uniwersytecie Oksfordzkim, śledził badania zespołów UMass Amherst i Catcher i jest optymistą.
Następnie podkreśla, że zapobieganie skażeniu mikrobiologicznemu jest „ekscytującym wyzwaniem inżynieryjnym”, a nie ostateczną porażką, ale istnieją znacznie większe problemy do pokonania, zanim ta technologia będzie mogła zasilać nasze domy.
Nawet jeśli pozostałe wyzwanie związane z podłączeniem tysięcy tych urządzeń zostanie pokonane, koszty pozostaną istotną kwestią. Wszystkie nowe technologie energetyczne muszą uwzględniać „zieloną premię””, mówi Colin Price, profesor geofizyki na Uniwersytecie w Tel Awiwie, odnosząc się do dodatkowych kosztów związanych z wyborem czystej technologii zamiast tej, która emituje więcej gazów cieplarnianych.
Lyubchyks spodziewa się, że koszty produkcji energii – średni koszt netto wytwarzania energii elektrycznej z generatora przez cały okres jego eksploatacji – rzeczywiście będą początkowo wysokie, ale ma nadzieję, że ostatecznie uda się je znacznie obniżyć poprzez przejście do produkcji masowej. Dzięki temu energia wodna stanie się konkurencyjna w stosunku do energii słonecznej i wiatrowej. Ale aby to zadziałało, potrzebne są inwestycje, dostęp do surowców i sprzęt do ich przetwarzania. Podczas gdy naukowcy z UMass Amherst pracują z materiałami organicznymi, które teoretycznie są stosunkowo łatwe w produkcji, zespół Catcher osiągnął doskonałe wyniki z cyrkonem – materiałem interesującym w badaniach nad ogniwami paliwowymi. Lyubchyks miał nadzieję na zbudowanie dostaw z ich rodzimej Ukrainy, która ma bogate złoża, ale trwająca inwazja na pełną skalę kraju przez Rosję zmusiła ich do pracy ze stosunkowo niewielkimi ilościami kupowanymi z Chin.
Zespół zdaje sobie sprawę, że optymalizacja prototypu i zwiększenie produkcji może zająć lata, ale jeśli się powiedzie, korzyści będą oczywiste. W przeciwieństwie do energii słonecznej lub wiatrowej, generatory higroelektryczne mogłyby pracować w dzień i w nocy, w pomieszczeniach i na zewnątrz oraz w wielu lokalizacjach. Zespół ma nawet nadzieję, że pewnego dnia z ich urządzeń będzie można wytwarzać materiały budowlane.
Wszystko to może wydawać się myśleniem życzeniowym, a marzenia Tesli o nieograniczonej energii elektrycznej z powietrza są wciąż odległe, ale Yao sugeruje, że w pochmurny dzień możemy znaleźć powód do optymizmu.
