ไฟฟ้าพลังน้ำ: อนาคตของพลังงานหมุนเวียนโดยใช้ประโยชน์จากความชื้นในอากาศ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยในสาขาพลังงานหมุนเวียนทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการค้นหาแหล่งพลังงานใหม่อย่างต่อเนื่อง หนึ่งในนวัตกรรมเหล่านี้ซึ่งเริ่มได้รับความสนใจอย่างมากก็คือ ความชื้นซึ่งเป็นพลังงานชนิดหนึ่งที่เกิดจาก ความชื้นในอากาศ- แนวคิดนี้มาจากความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสร้างประจุไฟฟ้าตามการเปลี่ยนแปลงของความชื้น ซึ่งอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาและอาจปฏิวัติวิธีที่เราได้รับพลังงาน

ไฮโกรอิเล็กทริกคืออะไร?

La ความชื้นยังเป็นที่รู้จัก พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำเป็นวิธีการใหม่ในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้ประโยชน์จากความชื้นในสิ่งแวดล้อม ต่างจากพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์หรือลม ที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางภูมิอากาศเฉพาะ เช่น แสงแดดหรือลมโดยตรง วัสดุดูดความชื้นเป็นกุญแจสำคัญในปรากฏการณ์นี้ เนื่องจากพวกมันสามารถดูดซับโมเลกุลของน้ำที่มีอยู่ในสิ่งแวดล้อมและสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ความก้าวหน้านี้เกิดจากการศึกษาบุกเบิกในมหาวิทยาลัยต่างๆ เช่น แมสซาชูเซตส์ (UMass) และกัมปินาส (บราซิล) ได้เปิดโอกาสใหม่ๆ ในด้านพลังงานหมุนเวียน ก็ได้มีการแสดงให้เห็นว่ามีวัสดุบางชนิดเช่น กราฟีนออกไซด์ (GO) หรือ โปรตีนนาโนไวร์สามารถสร้างประจุไฟฟ้าได้เมื่อสัมผัสกับความชื้น

ในกรณีของกราฟีนออกไซด์ โมเลกุลของน้ำที่เกาะติดกับพื้นผิวจะสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเมื่อเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก นี่เป็นการค้นพบครั้งสำคัญ เนื่องจากเชื่อกันว่าวัสดุต้องใช้แสงแดดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ไฟฟ้าพลังน้ำไม่มีข้อจำกัดด้านอุตุนิยมวิทยาเหล่านี้ซึ่งทำให้เป็นทางออกที่น่าหวังมากสำหรับอนาคต

ไฟฟ้าพลังน้ำทำงานอย่างไร?

กระบวนการที่ช่วยให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากความชื้นนั้นขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัสดุดูดความชื้นกับโมเลกุลของน้ำในสิ่งแวดล้อม วัสดุเหล่านี้ดังที่ได้กล่าวไปแล้วมีความสามารถ ดูดซับน้ำ และสร้าง ความแตกต่างของโหลด. ที่ โครงการแคชเชอร์ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากสหภาพยุโรป แสดงให้เห็นว่าน้ำในชั้นบรรยากาศสามารถสะสมประจุไฟฟ้าได้หลังจากสัมผัสกับฝุ่นละอองที่อยู่ในอากาศเช่นกัน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคเหล่านี้กับหยดความชื้นทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าเล็กน้อย ซึ่งเมื่อมีขนาดใหญ่เพียงพอ จะทำให้ได้รับกระแสไฟฟ้าที่มีประโยชน์

วัสดุหลัก

หนึ่งในวัสดุที่ใช้มากที่สุดสำหรับพลังงานประเภทนี้คือ โปรตีนนาโนไวร์ เติบโตมาจาก จีโอแบคเตอร์ ซัลเฟอร์รีดิวเซนส์ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่สามารถถ่ายเทอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัสกับความชื้นได้ อุปกรณ์ แอร์-เจน พัฒนาโดย UMass Amherst ทำงานโดยเชื่อมต่อสายนาโนเหล่านี้กับอิเล็กโทรดขนาดเล็กเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าจากอากาศ

อีกตัวอย่างที่น่าหวังคือการใช้ กราฟีนออกไซด์ (GO)ซึ่งเป็นวัสดุที่แสดงให้เห็นถึงความสามารถอันยอดเยี่ยมในการสร้างประจุไฟฟ้า เมื่อโมเลกุลของน้ำจากชั้นบรรยากาศเกาะติดกับพื้นผิวของ GO จะเกิดความแตกต่างของประจุซึ่งทำให้อิเล็กตรอนไหลเข้าหาโมเลกุลของน้ำ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

อิเล็กโทรดและนาโนพอร์

นิสัยของ อิเล็กโทรด นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของไฟฟ้าพลังน้ำ ในความเป็นจริงพวกเขาใช้โลหะที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเช่น แพลทินัม, ทอง o เงิน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดักจับไฟฟ้า

นอกจากนี้ โครงสร้างของวัสดุยังส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการสร้างพลังงานอีกด้วย ได้มีการแสดงให้เห็นในงานวิจัยล่าสุดว่าโดยการสร้าง นาโนพอร์ ในวัสดุเหล่านี้ (เช่น การเจาะเล็กๆ ที่น้อยกว่า 100 นาโนเมตร) ปริมาณความชื้นที่สะสมและปริมาณพลังงานที่ผลิตได้จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้

การประยุกต์ไฟฟ้าพลังน้ำในอนาคต

แม้ว่าเทคโนโลยียังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา แต่มีศักยภาพสูงมาก ในระยะสั้น แอปพลิเคชันกำลังถูกสำรวจเพื่อฟีดอยู่แล้ว อุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น นาฬิกาอัจฉริยะ เซ็นเซอร์ทางการแพทย์ และอุปกรณ์ IoT ระบบเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ไฟฟ้าดูดความชื้นเนื่องจากใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย และในหลายกรณี จะใช้ในสถานที่ที่มีความชื้นอยู่เสมอ เช่น ภายในบ้านหรืออาคาร

ในอนาคตอันไกลกว่านี้ อาจพิจารณาการใช้งานขนาดใหญ่ได้ การวิจัยเช่น โครงการฮันเตอร์ พวกเขามุ่งเน้นไปที่การพัฒนาวัสดุและอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานความชื้นให้เป็นปริมาณที่มากขึ้น เช่น การบูรณาการอุปกรณ์เหล่านี้เข้าด้วยกัน แผงเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อทำงานในเวลากลางคืนเมื่อไม่มีพลังงานแสงอาทิตย์

ในสถานที่ที่มีความชื้นสูง เช่น สภาพแวดล้อมเขตร้อนเหล่านี้ เครื่องสะสมพลังงานไฟฟ้า สามารถติดตั้งในบ้านเพื่อสร้างแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ความพร้อมใช้งานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันยังเหนือกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมที่ไม่ต่อเนื่อง

การวิจัยและความท้าทายในปัจจุบัน

หนึ่งในความท้าทายในปัจจุบันในการพัฒนาเทคโนโลยีไฟฟ้าพลังน้ำคือ ความยืดหยุ่น- ปริมาณพลังงานที่ผลิตได้จากอุปกรณ์ตัวเดียวนั้นค่อนข้างน้อย ดังนั้นนักวิจัยจึงมองหาวิธีที่จะซ้อนหลายหน่วยหรือปรับปรุงวัสดุเพื่อเพิ่มพลังงานที่สร้างขึ้น

El โครงการจับ กำลังทำงานบนแผงต้นแบบที่มีขนาด 1 ตารางเมตรและสามารถผลิตได้สูงถึง 20W/m2 แม้ว่าจะไม่เพียงพอที่จะจัดหาให้ทั้งครัวเรือน แต่ก็เป็นก้าวสำคัญสู่ความมีชีวิตในเชิงพาณิชย์ ในระยะยาว การรวมเทคโนโลยีนี้เข้ากับการผลิตพลังงานรูปแบบอื่นอาจนำไปสู่ โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานที่หลากหลายและยั่งยืนมากขึ้น.

การเลือกใช้วัสดุยังคงเป็นสิ่งสำคัญ วัสดุนาโนมีราคาแพงและยังไม่ถึงขีดความสามารถทางอุตสาหกรรมที่จำเป็นสำหรับการค้าขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในนาโนเทคโนโลยียังคงเปิดประตูสู่การพัฒนาอุปกรณ์ที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ความสนใจในด้านไฟฟ้าพลังน้ำยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง และการลงทุนจากองค์กรต่างๆ เช่น สหภาพยุโรป ในโครงการอย่าง CATCHER ชี้ให้เห็นว่ามีความคาดหวังอย่างมากกับเทคโนโลยีเกิดใหม่นี้

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา แต่สัญญาว่าจะเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญภายในขอบเขตของพลังงานหมุนเวียน ในขณะที่นักวิจัยยังคงปรับแต่งวัสดุและเทคนิคต่อไป ในไม่ช้าเราอาจเห็นการใช้งานจริงที่อาจเปลี่ยนวิธีที่เราได้รับและใช้พลังงาน