Een baanbrekende ontdekking op het gebied van hernieuwbare energie

Een onderzoeksteam uit de Verenigde Staten heeft een doorbraak bereikt: elk materiaal kan onder bepaalde omstandigheden elektriciteit opwekken uit lucht.

AMHERST – In tijden van klimaatverandering wordt het onderwerp hernieuwbare energie nog belangrijker. Het opwekken van elektriciteit uit zonne- of windenergie heeft echter één nadeel: de elektriciteitsopwekking is sterk afhankelijk van de hoeveelheid zonlicht of wind. Maar nu heeft een onderzoeksteam van de Universiteit van Massachusetts Amherst een mogelijkheid gepresenteerd die de elektriciteitsproductie radicaal zou kunnen veranderen.

Het team van Xiaomeng Liu ontdekte het zogenaamde “algemene luchtgeneffect”. “De lucht bevat een enorme hoeveelheid elektriciteit”, legt co-auteur Jun Yao uit. “Denk aan een wolk, die niets anders is dan een massa waterdruppeltjes. Elk van deze druppeltjes heeft een lading en als de omstandigheden goed zijn, kan de wolk een bliksemflits genereren.” “We weten niet hoe we op een betrouwbare manier energie uit bliksem kunnen halen. We hebben echter een kleine wolk ontwikkeld die energie produceert op een manier die voorspelbaar en continu voor ons is, zodat we die kunnen oogsten”, legt Yao uit in een Mededeling van zijn universiteit.

Baanbrekende ontdekking in hernieuwbare energie: onderzoekers genereren schone elektriciteit uit lucht

Een paar jaar geleden ontwikkelden onderzoekers een apparaat waarmee je energie uit lucht kunt halen. Ze gebruikten eiwit nanodraden geproduceerd door een bacterie genaamd Geobacter sulfurreducens. In hun huidige onderzoek ontdekten ze echter dat bacteriën niet essentieel zijn. Volgens de onderzoekers is het vermogen om elektriciteit uit lucht op te wekken universeler: elk materiaal kan deze energieopwekking mogelijk maken, zolang het maar een bepaalde eigenschap heeft.

De eigenschap: “Het moet gaten bevatten die kleiner zijn dan 100 nanometer, minder dan een duizendste van de breedte van een mensenhaar”, legt Yao uit. Achtergrond is een parameter genaamd “mean free path”. Het is de afstand die één molecuul water in de lucht aflegt voordat het in botsing komt met nog een molecuul van dezelfde stof. Voor watermoleculen in de lucht is dat ongeveer 100 nanometer.

Een dun laagje materiaal kan watermoleculen opladen en zo elektriciteit opwekken

Op basis van deze bevinding ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​dunne materiaallaag met nanoporiën kleiner dan 100 nanometer. Deze laag laat watermoleculen van boven naar beneden passeren, maar ze botsen gemakkelijk tegen de rand van de poriën. Dit leidt tot een ladingsonbalans, vergelijkbaar met die in een wolk, waar de bovenkant van de laag een hogere lading heeft dan de onderkant. Deze lading kan worden gebruikt om kleine apparaten van stroom te voorzien of om energie op te slaan in een batterij.

“Het idee is eenvoudig, maar het is nog niet eerder ontdekt en het biedt veel mogelijkheden”, zegt Yao blij. Power Harvesters kunnen van verschillende materialen worden gemaakt. “Je kunt je oogstmachines voorstellen die zijn gemaakt van het ene materiaal voor regenwoudomgevingen en een ander materiaal voor drogere streken”, zegt de onderzoeker. Dankzij het vocht in de lucht kan het apparaat 24/7 werken, ongeacht de weersomstandigheden, het tijdstip van de dag of de nacht en de beschikbaarheid van zon of wind.

De ontdekking bevindt zich nog in een zeer pril stadium

Hoewel de ontdekking van het onderzoeksteam nog in de kinderschoenen staat, zijn er veelbelovende bevindingen. Zoals het ScienceAlert-portaal genoemdMen kan het bestuderen in het journaal Geavanceerde materialen gepubliceerd Lees dat de cellulosefilm die het team heeft getest een spanning heeft van maximaal 260 millivolt – een smartphone of tablet vereist normaal gesproken een spanning van 5 volt. Het team is echter van mening dat door enkele duizenden lagen te stapelen, de hoeveelheid energie kan worden verhoogd zonder het oppervlak van het apparaat te vergroten.

“Stel je een wereld in de toekomst voor waar overal schone elektriciteit is”, zegt Yao. “Het algemene luchtgeneffect betekent dat deze futuristische wereld werkelijkheid kan worden.”

In dit redactionele artikel is gebruik gemaakt van machine-assistentie. Het artikel werd zorgvuldig gescreend door redacteur Tanya Banner voordat het werd gepubliceerd.