Deus ex machina, czyli prąd z powietrza? Naukowcy przekonują, że to możliwe

W laboratoriach University of Massachusetts Amherst trwają prace nad technologią, która pozwoliłaby uzyskać energię z powietrza. I nie, nie chodzi o produkowanie jej z wiatru lecz pozyskiwanie elektryczności, jaka wytwarzana jest w naszym otoczeniu.

"Powietrze zawiera olbrzymie ilości elektryczości. Proszę pomyśleć o chmurze: to przecież nic więcej jak kłębowisko kropel wody. Ale każda z nich jest naładowana elektrycznością, co w sprzyjających okolicznościach może doprowadzić do wyładowania elektrycznego, pioruna. Nie wiemy jednak, jak w wiarygodny sposób wychwycić elektryczność z błyskawicy" - pisze w komunikacie, jaki wydała uczelnia, profesor Jun Yao, który prowadzi w Massachusetts badania na styku inżynierii komputerowej i energetyki.

Grom z laboratoryjnego sufitu

Po tej krótkiej demonstracji bezradności wobec sił natury, naukowiec jednak informuje, że jego zespół wytworzył własną, sztuczną i niewielką chmurę, która jest naładowana elektrycznością, a na dodatek można tę elektryczność z niej pozyskiwać w przewidywalny i kontrolowany sposób. "To pomysł prosty, ale wcześniej nieodkryty, a otwiera cały wachlarz możliwości" - twierdzi Jun Yao.

Kluczowa jest jednak nie tyle sztuczna chmura, ile możliwość "przechwycenia" jej ładunku elektrycznego. Według uczelni może do tego posłużyć praktycznie każdy materiał, sztuka polega jednak na tym, by "poszatkować" ten materiał "porami" o średnicy mniejszej niż 100 nanometrów, czyli odpowiadającej jednej tysięcznej grubości włosa. Naturalna wilgotność powietrza zapewnia absorpcję elektryczności z otoczenia - ładunek ten jest zaś "oddawany" w takiej sieci nanoporów.

W pewnym uproszczeniu mechanizm ten można by opisać jako filtrowanie cząsteczek powietrza i wody. Tyle że przy tak niedużej średnicy "porów" molekuły wody, uderzając o krawędzie takiego nanokanału, a następnie pokonując go z góry na dół i odrywając się od kolejnych krawędzi, będą wytwarzać ładunek elektryczny. Na górnej części poszatkowanej nanoporami powierzchni ładunków byłoby znacznie więcej niż na dolnej - powstawałaby nierównowaga ładunków elektrycznych, jaka powstaje w chmurze burzowej. Pozostaje tylko zaabsorbować tę naturalnie wytworzona i zgromadzoną elektryczność.

Gdyby w przyszłości potraktować tę technologię jako nowe rozwiązanie z obszaru odnawialnych źródeł energii, byłoby to najstabilniejsze OZE z dostępnych: w końcu fotowoltaika działa, gdy świeci słońce, a wiatraki kręcą się wtedy, gdy wieje. Powietrze zaś dostępne jest zawsze i wszędzie.

Wachlarz rozwiązań

Projekt realizowany w Massachusetts to zaledwie początek długiej listy nowych projektów badawczych, częściowo zwieńczonych już obiecującymi rezultatami, koncentrujących się na nowych sposobach pozyskiwania energii.

Stosunkowo największym echem - być może za sprawą prestiżu uczelni - projekt realizowany pod kierownictwem naukowców z brytyjskiego Uniwersytetu Cambridge (we współpracy z badaczami z całego świata): w marcu ogłosili oni, że doszło do "zhakowania" wczesnego stadium procesu fotosyntezy, a więc zamiany promieniowania słonecznego w energię, do jakiej dochodzi w żywych komórkach organizmów na całym świecie. Ultraszybka technika spektroskopowa pozwoliła wykryć substancje chemiczne, które wychwytują elektrony ze struktur molekularnych odpowiedzialnych za proces fotosyntezy w jego pierwszych stadiach. Oczywiście, druga część eksperymentu - wykorzystanie tej wiedzy do manipulowania syntezą w taki sposób, by tworzyć "czyste" paliwa - może być znacznie trudniejsza, ale nie przekreślajmy z góry tych wysiłków.

Ze znacznie bardziej zaawansowaną - bo gotową już do zastosowania, ba!, nawet pilotażowo kupowaną - technologią próbuje się przebić jedna z firm z Doliny Krzemowej, Mainspring Energy. Jej produkt to generator nowej konstrukcji, w którym zestaw magnesów i cylindrów w niekończącym się rytmie sprzężeń i rozprzężeń wytwarza energię z dostarczanego paliwa. W tej chwili jest to gaz, biogaz lub mieszanka wodoru i gazu. Ale w przyszłym roku z fabryki firmy wyjadą już generatory mogące działać w oparciu o inne substancje, np. amoniak - co więcej, paliwo w urządzeniu będzie można swobodnie zmieniać bez wymiany elementów całej konstrukcji. Generator Mainspring Energy może produkować nawet ok. 230 kW energii, co pozwala jednemu urządzeniu z powodeniem zapewnić energię np. dla "typowego" supermarketu.

I dla pełnego obrazka dorzućmy jeszcze pomysł Szwajcarów: zespół z Ecole Polytechnique federale de Lausanne wymyślił sposób, by urozmaicić paletę biopaliw. Wykorzystano do tego odpady, które dotychczas były - z energetycznego punktu widzenia - raczej bezużyteczne: skórki bananów i pomarańczy, ziarna kawy, łuski kukurydziane, łupiny orzechów kokosowych. Nawet jeżeli Europa nie słynie z plantacji bananów czy kokosów to jest olbrzymim rynkiem dla tych towarów i odpadów tego typu nam nie brakuje. - A my przemieniliśmy je w użyteczne produkty końcowe w mgnieniu oka przy użyciu lampy ksenonowej - kwitują lakonicznie naukowcy z Lozanny.

Choć najczęściej wspomniane tu projekty - i wiele innych, o których należałoby wspomnieć - ruszały już kilka lat temu, to trudno nie odnieść wrażenia, że prace przyspieszyły w ciągu ostatniego roku. Innymi słowy, większą presją okazała się wojna w Ukrainie i będący jej prologiem, a potem kluczową dla Zachodu konsekwencją, kryzys energetyczny niż wcześniejsze zmagania wiata z kryzysem klimatycznym. Być może zatem energetyka będzie jednym z tych obszarów, którym wojenne wzmożenie nauki przyniosło najwięcej korzyści.