מדענים למדו כיצד להפוך מים שהתאדו לחשמל

לא כל מקורות האנרגיה נגישים באותה מידה: השמש תלויה במזג האוויר, הרוח תלויה בנוף, וכוח המים דורש תשתית. על רקע זה, החוקרים פונים יותר ויותר לתהליכים המתרחשים כמעט בכל מקום. אידוי מים הוא תהליך כזה. במאמר Rambler, קרא כיצד מדענים למדו לייצר חשמל בדרך זו.

למה זה מתאדה?

התרמודינמיקה של האידוי ידועה כבר זמן רב: כאשר המים עוברים מנוזל לאדים, נדרשת כמות משמעותית של חום – כ-2250 ג'אול לגרם. זוהי האנרגיה שהמים לוקחים מהסביבה כשהם מתאדים, מפחיתה את טמפרטורת פני השטח ויוצרים הפרש טמפרטורה.

מים מתאדים ללא הרף – מנהרות, אגמים, אוקיינוסים, אדמה, צמחים ואפילו מפני השטח של העור – וזה קורה ללא קשר לשעה ביום, כל עוד יש תנועה של חום ואוויר. בניגוד לפאנלים סולאריים התלויים באור השמש או טורבינות רוח התלויות ברוח, אידוי יכול להתרחש כמעט בכל מקום עם משטח רטוב וחם. זה הופך אותו למקור אנרגיה בר-קיימא אך בעל עוצמה נמוכה יחסית.

כיצד פועל מחולל קיטור?

מכשירים מודרניים הממירים אידוי לחשמל מבוססים על גנרטורים תרמו-אלקטריים (TEG). הם עובדים על עיקרון פשוט: הפרש הטמפרטורה בין שני משטחים יוצר מתח.

גילוי יוצא דופן של מדענים לגבי שיבוט גנים

גישה אחת, שתוארה על ידי חוקרים מהאוניברסיטה הסינית של הונג קונג ומהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור, פורסמה בכתב העת Popular Mechanics. הוא מניח את הבנייה הבאה:

• שני גופי קירור ממוקמים משני צידי הגנרטור התרמו-אלקטרי;
• אחד מהם קשור לג'ל פוליוויניל אלכוהול נקבובי (PVA) שנרטב ללא הרף;
• מים מתאדים ממשטח הג'ל, מקררים אותו;
• הצד השני נשאר בטמפרטורת הסביבה.

שיפוע טמפרטורה זה בין הצד החם לצד הקריר מספק את האנרגיה לייצור חשמל מבלי להזיז חלקים מכניים. בשלב בדיקות המעבדה, מערכת כזו מסוגלת לייצר רק רמות מיקרוסקופיות של אנרגיה, המספיקות, למשל, להפעלת צגים קטנים או חיישנים.

עם זאת, מדענים ראו את הסיכוי להגדיל את ייצור החשמל. המחברים מעריכים כי הפוטנציאל עשוי לגדול פי עשרה כאשר החומרים והעיצוב עוברים אופטימיזציה.

יתרונות ומגבלות הטכנולוגיה

חִיוּבִי:

1. אידוי הוא תהליך המתרחש בכל מקום, במיוחד באזורים חמים ולחים שאינם מושפעים מאור שמש ישיר או מרוח.
2. אין חלקים נעים כפי שדווח ב-AZoCleantech מפשט את הציוד ומפחית את עלויות התפעול.
3. אולי לא יתאים רק למשימות עם צריכת חשמל גבוהה אבל יכול להיות שימושי עבור מכשירי מיקרו – חיישנים, רכיבים לבישים, מכשירי אינטרנט של הדברים.

לְהַגבִּיל:

1. היעילות הנוכחית של מערכות כאלה נמוכה ביותר – כ-0.1% מאנרגיית האידוי מומרת לחשמל, והדבר דומה לשלבי הפיתוח המוקדמים של טכנולוגיות מתחדשות אחרות.
2. המכשיר דורש מקור מים קבוע לאידוי, שבלעדיו ההשפעה תאבד.
3. כדי להפוך למקור אנרגיה תחרותי בקנה מידה, נדרש אופטימיזציה משמעותית של חומרים, עיצוב ושילוב עם מקורות אחרים.

איפה טכנולוגיות כאלה יכולות להיות שימושיות?

היישומים הראשוניים הסבירים ביותר עבור גנרטורים אידוי הם באזורים הדורשים אספקת חשמל רציפה, אם כי קטנה, ללא צורך בסוללות או חוטים:

• אלקטרוניקה לבישה – מסכי בריאות, חיישנים רפואיים, שעונים יכולים להיות מופעלים חלקית על ידי הלחות שלהם או הסביבה.
• חיישני סביבה – ניטור קרקע, אקלים, איכות אוויר במקומות מרוחקים בהם קשה להחליף סוללות.
• מכשירי IoT בעלי הספק נמוך צריכים לפעול לפרקי זמן ארוכים מבלי לדרוש תחזוקה.

בעתיד, עשויות להיות עבודות שאפתניות יותר המשתמשות באידוי ממאגרי מים גדולים או מתקנים תעשייתיים להפקת אנרגיה. אבל פרויקטים כאלה הם עדיין רעיוניים ודורשים שנים של פיתוח טכני.

כתבנו בעבר על מתי תהיה לנו אנרגיה בלתי מוגבלת.