Ingenjörer har visat något fantastiskt. Nästan vilket material som helst kan användas för att skapa en enhet som kontinuerligt skördar energi från fuktig luft.
Denna utveckling är ännu inte redo för praktisk användning, men enligt dess författare övervinner den några av begränsningarna hos andra energiskördare. Allt som krävs av materialet är nanoporer med en diameter på mindre än 100 nanometer. Det är ungefär en tusendel av bredden på ett människohår, så det är lättare sagt än gjort, men mycket lättare än väntat. Ett sådant material kan skörda elektricitet som genereras av mikroskopiska vattendroppar i fuktig luft, säger ett team som leds av ingenjör Xiaomeng Liu vid University of Massachusetts Amherst. De kallade sin upptäckt för den "allmänna Air-gen-effekten".
"Luft innehåller en enorm mängd elektricitet", säger ingenjör Jun Yao vid University of Massachusetts Amherst. "Föreställ dig ett moln, som inte är något annat än en massa vattendroppar. Var och en av dessa droppar innehåller en laddning, och under de rätta förhållandena kan molnet producera blixtar – men vi vet inte hur vi på ett tillförlitligt sätt fångar elektricitet från blixtar. Det vi har gjort är att skapa ett konstgjort litet moln som producerar elektricitet åt oss på ett förutsägbart och kontinuerligt sätt så att vi kan skörda den."
Om Air-gen låter bekant beror det på att teamet tidigare har utvecklat en luftenergiskördare. Men deras tidigare enhet var baserad på protein nanotrådar odlade av en bakterie som heter Geobacter sulfurreducens. Men som det visade sig är bakterien inte nödvändig.
"Efter upptäckten av Geobacter insåg vi att förmågan att generera elektricitet från luften - det vi då kallade 'luftgeneffekten' - visar sig vara universell: bokstavligen vilket material som helst kan skörda elektricitet från luften om det har en viss egendom", förklarar Yao. Denna egenskap är nanoporer, och deras storlek beror på den genomsnittliga fria vägen för vattenmolekyler i fuktig luft. Detta är avståndet en vattenmolekyl kan färdas i luften innan den kolliderar med en annan vattenmolekyl.
Air-gen-enheten är gjord av en tunn film av material som cellulosa, sidenprotein eller grafenoxid. Vattenmolekyler i luften kan lätt penetrera nanoporerna och röra sig från den övre delen av filmen till den nedre delen, men under rörelsen kolliderar de med porens sidor. De överför materialets laddning, skapar en uppbyggnad av den, och när fler vattenmolekyler kommer in i filmens topp, uppstår en laddningsobalans mellan de två sidorna.
Detta leder till en effekt som liknar vad vi ser i moln som genererar blixtar: den stigande luften skapar fler kollisioner mellan vattendroppar på toppen av molnet, vilket resulterar i en överskottsladdning i de högre molnen och en överskott av negativ laddning i de lägre molnen I det här fallet kan laddningen eventuellt avledas för att driva mindre enheter eller lagras i någon form av batteri.
Det är fortfarande i ett tidigt skede just nu. Cellulosafilmen som teamet testade hade en spontan utspänning på 260 millivolt i miljön, medan en mobiltelefon kräver en utspänning på cirka 5 volt. Men filmernas tunnhet betyder att de kan vikas för att skala Air-gen-enheter för att göra dem mer praktiska.
Och att de kan vara gjorda av olika material gör att enheterna kan anpassas till den miljö de ska användas i, säger forskarna.
Nästa steg blir att testa enheterna i olika miljöer och arbeta med att skala dem. Men den övergripande effekten av Air-gen är verklig, och de möjligheter som den ger är hoppfulla.
Läs också:
Åskmoln laddas till genombrottsspänning från jonosfären med en hastighet av 2 000 000 till 15 000 000 volt per sekund. Dygnet runt. Räcker för miljoner år.
You Tube jonosfärkraftverk ( modell )