Θα μπορούσε άραγε να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια χωρίς καύσιμα, χωρίς χημικές αντιδράσεις, αλλά μόνο με τη βοήθεια του νερού και της μηχανικής πίεσης; Σύμφωνα με μια νέα μελέτη από το Hamburg University of Technology (TUHH) σε συνεργασία με το γερμανικό κέντρο σωματιδιακής φυσικής DESY, η απάντηση είναι θετική. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για νέες, απολύτως βιώσιμες μορφές ενέργειας και για μικροσυσκευές που μπορούν να λειτουργούν αυτόνομα, χωρίς μπαταρίες ή εξωτερική τροφοδοσία.
Η ερευνητική ομάδα απέδειξε ότι όταν το νερό περιορίζεται μέσα σε εξαιρετικά μικροσκοπικούς πόρους πυριτίου, η απλή μηχανική πίεση μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό βασίζεται στο λεγόμενο τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, το ίδιο φαινόμενο που προκαλεί στατικό ηλεκτρισμό όταν τρίβουμε δύο διαφορετικά υλικά μεταξύ τους. Μόνο που αυτή τη φορά, οι επιστήμονες κατάφεραν να το αναπαράγουν σε νανοκλίμακα και με πλήρη έλεγχο.
Ο μηχανισμός που ανέπτυξαν ονομάζεται Intrusion-Extrusion Triboelectric Nanogenerator (IE-TENG). Πρόκειται για μια μικροσυσκευή στην οποία το νερό αναγκάζεται, μέσω πίεσης, να εισέρχεται και να εξέρχεται επανειλημμένα από τους πόρους ενός πορώδους τμήματος πυριτίου. Κατά τη διάρκεια αυτής της κίνησης, ηλεκτρικά φορτία διαχωρίζονται ανάμεσα στην επιφάνεια του πυριτίου και το λεπτό στρώμα νερού, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Στην ουσία, πρόκειται για μια φυσική «μπαταρία» που δεν χρειάζεται τίποτα άλλο πέρα από κίνηση και νερό.
Ο Patrick Huber, καθηγητής στο Ινστιτούτο Φυσικής Υλικών και Ακτίνων Χ του TUHH, δήλωσε ότι το πιο εντυπωσιακό εύρημα είναι το εξής: «Ακόμα και το καθαρό νερό, όταν περιορίζεται σε νανοκλίμακα, μπορεί να λειτουργήσει ως αποτελεσματικό μέσο μετατροπής ενέργειας». Το πείραμα απέδειξε πως ο συνδυασμός απόλυτα κοινών και βιώσιμων υλικών — όπως το πυρίτιο και το νερό — μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό σταθερά και επαναλαμβανόμενα, χωρίς να απαιτείται η χρήση σπάνιων μετάλλων ή τοξικών ουσιών.
Το πρώτο πρωτότυπο που δημιούργησαν πέτυχε απόδοση 9%, ποσοστό που θεωρείται εξαιρετικά υψηλό για συσκευές που βασίζονται στο τριβοηλεκτρικό φαινόμενο μεταξύ στερεών και υγρών επιφανειών. Μάλιστα, η επίδοση αυτή κατατάσσει τη συσκευή IE-TENG ανάμεσα στις πιο αποδοτικές που έχουν καταγραφεί ποτέ σε αυτό το πεδίο.
Για τον Luis Bartolomé, ερευνητή στο ισπανικό κέντρο CIC EnergiGUNE και συν-συγγραφέα της μελέτης, το κλειδί της επιτυχίας βρίσκεται στην απλότητα:
Χρησιμοποιήσαμε το πιο διαδεδομένο ημιαγώγιμο υλικό στη Γη και το πιο κοινό υγρό. Είναι ένας ιδανικός συνδυασμός για βιώσιμες και εύκολα επεκτάσιμες εφαρμογές.
Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να βρει εφαρμογή σε περιβάλλοντα όπου υπάρχει συνεχής μηχανική πίεση ή δόνηση. Για παράδειγμα, μέσα σε αμορτισέρ οχημάτων, σε «έξυπνα» παπούτσια που παράγουν ρεύμα με κάθε βήμα, σε ιατρικές συσκευές που λειτουργούν αυτόνομα ή σε αισθητήρες που δεν χρειάζονται μπαταρίες. Η βασική ιδέα είναι να αξιοποιηθεί η ίδια η κίνηση ή οι δονήσεις του περιβάλλοντος για την παραγωγή ενέργειας, μετατρέποντας κάθε μικρό μηχανικό ερέθισμα σε ηλεκτρική ισχύ.
Ο Manuel Brinker, επίσης από το University of Hamburg, εξηγεί ότι το κρίσιμο στοιχείο βρίσκεται στη σχεδίαση των πόρων του πυριτίου. Οι πόροι πρέπει να είναι αγώγιμοι, υδρόφοβοι και να έχουν απόλυτα ελεγχόμενο μέγεθος, έτσι ώστε το νερό να κινείται με προβλέψιμο τρόπο και να παράγει σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα. Η ακρίβεια αυτής της μικροσκοπικής αρχιτεκτονικής είναι εκείνη που επιτρέπει στο σύστημα να λειτουργεί με συνέπεια και χωρίς απώλειες ενέργειας.
Οι ειδικοί θεωρούν ότι η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για μια νέα γενιά ενεργειακά αυτόνομων συστημάτων. Φορητοί αισθητήρες, συσκευές μέτρησης ή ακόμα και wearables θα μπορούσαν να αντλούν ενέργεια κατευθείαν από το περιβάλλον, χωρίς καλώδια ή ανάγκη φόρτισης.
[source]
