Если это можно расширить, технология Air-gen может обеспечить все, от айфонов до автомобильных зарядных станций.
Солнечные фермы используют возобновляемую энергию солнца, но требуют больших площадей земли и редкоземельных металлов . Энергия ветра имеет минимальный углеродный след, но, как и солнечная энергия, хранится в батареях из свинца и лития . Ядерная энергетика привлекательно низкоуглеродна , но риск Чернобыля трудно переварить. Все эти варианты являются огромным улучшением по сравнению с мощностью угля, но существует реальное давление, чтобы найти источник энергии, который по-настоящему масштабируемый, дешевый и на 100% экологически чистый.
Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте приняли этот вызов, представив дешевое устройство, которое они называют Air-gen, которое генерирует электричество из воздуха - достаточно для теоретического питания устройств, таких как мобильные телефоны и электромобили. А поскольку для его производства не требуются агрессивные химические вещества, «весь процесс», как сообщает OneZero по электронной почте соответствующий автор и помощник профессора-электрика Джун Яо , «зеленый».
Невероятно, как это звучит, но в основе технологии устройства лежат природные явления: генерирующие электричество нити белков, называемых нанопроволоками, которые происходят из крошечной бактерии, называемой Geobacter grayreducens ( плюшевая игрушечная версия бактерий похожа на Cheeto с щупальцами). В статье, которую они опубликовали в журнале Nature 17 февраля 2020 г , Яо и его соавторы описывают свое ключевое открытие: влага, взвешенная в воздухе естественным образом, является «движущей силой», определяющей способность нанопроволок генерировать электричество.
Вспомните физику в старшей школе. Электричество - это в основном поток электронов, отрицательно заряженных частиц, которые окружают атомы, из области высокого заряда в область низкого заряда. Вода может быть хорошим источником этих заряженных электронов, если она может быть разбита на ее строительные блоки, водород и кислород.
Команда теоретизирует, что, когда клубок нанопроволок вдавливается в сетчатую пленку, вода из воздуха собирается только в верхней части и распадается на два H и O, освобождая электроны воды. Это дает верху пленки больший заряд, чем дну, создавая идеальные условия для потока электронов. Когда исследователи поместили одну из этих пленок между двумя золотыми электродами для создания цепи, крошечное устройство создавало напряжение 0,5 вольт на пленке толщиной всего семь микрометров. (Заряженный автомобильный аккумулятор, для сравнения, измеряет примерно 12,6 вольт.)
«Весь процесс зеленый».
По сути, Air-gen может генерировать поток электронов без особого вклада благодаря впечатляющей биологии нанопроволоки Geobacter . Соавтор и выдающийся профессор микробиологии Дерек Ловли, посвятивший более 30 лет исследования электрическому микробу, сравнивает провода с отдельными человеческими волосами - нитью, состоящей из разных белков, только в 20 000 раз тоньше, чем вы бы отщипнули из вашей головы.
Прежде чем мы сможем наложить патчи этих пленок нанопроволоки на iPhone или Fitbit, их производство необходимо увеличить, чтобы несколько патчей могли работать в тандеме, чтобы генерировать достаточно электроэнергии для питания современных устройств. По словам Яо, ключевым моментом будет выяснение того, как массово производить нанопроволоки, а также разработка «умной инженерной стратегии» для их компактного соединения.
Они уже начали заниматься прежней проблемой, пытаясь убрать бактерии Geobacter из самой картины. «Нелегко производить большое количество проводов с Geobacter», - объясняет Ловли. Некоторые бактерии легче выращивать в массе, чем другие. Поскольку он растет так быстро, кишечная палочка стала научным направлением для генной инженерии. Команда Ловли разработала штамм E. coli, который производит нанопроволоки Geobacter, поэтому теперь у них есть готовая поставка.
«Теперь, когда мы решили микробиологическое узкое место, инженеры могут приступить к проектированию более крупных устройств Air-gen», - говорит он.
Все еще остается вопрос о том, является ли технология чудесно зеленой, как кажется. Яо утверждает, что производство нанопроволок абсолютно безвредно для окружающей среды - и дешевое для загрузки - потому что «мы просто подаем возобновляемое сырье в бактерии без агрессивных / токсичных химических веществ». Стоимость, согласно оценке Ловли, будет в 100 раз ниже, чем необходимо для производства полупроводникового кремния, который используется для солнечных элементов.
От нанопроволоки до способа, которым они производятся, к генерируемой энергии, говорит Яо: «Все зеленые». Он отмечает, что, когда на технологии размещается зеленая метка, она часто «означает лишь то, что часть производства энергии является зеленой и все еще может генерировать электронные отходы».
Ловли говорит, что не существует какой-либо существующей технологии, которая бы напоминала Air-gen, насколько ему известно. На момент публикации этой статьи, как представляется, патента на Air-gen не было, но исследование финансировалось за счет начального фонда через Управление коммерциализации технологий и предприятий UMass-Amherst. Похоже, команда настроена на быстрое увеличение.
Яо видит это так: питание большого устройства с Air-gen - это всего лишь вопрос добавления множества крошечных генераторов. Это аналогично использованию «тысяч аккумуляторных элементов» для «управления автомобилем Tesla», даже если каждый отдельный аккумуляторный элемент имеет ограниченную энергию. Они могут потенциально приводить в действие небольшие носимые, средние электрические инструменты или даже удаленную станцию, если они могут быстро масштабироваться.
«Теперь, когда мы можем сделать больше проводов, решение этого вопроса должно быть относительно простым», - говорит Ловли.
Предыдущая статья: Наше будущее в метавселенной виртуального мира, вот что вам нужно знать