Milada Kadeřábková, 24. 06. 20
Američtí vědci tvrdí, že vyvinuli zařízení, které umí vyrábět elektřinu z vlhkosti vzduchu. Přístroj, jehož základem je tenký film vodivých proteinových nanočástic, dokáže nepřetržitě produkovat elektrickou energii po dobu dvaceti hodin, a poté se sám opět nabije. Výzkumníci tvrdí, že tato technologie by mohla generovat čistou energii, a to nezávisle na lokalitě i přírodních podmínkách.
Zařízení sestává z velmi tenkého filmu proteinových nanočástic, odebraných z mikroorganismu Geobacter sulfurreducens a umístěných na zlatou elektrodu o velikosti asi 25 mm2. Na vrchu tenkého filmu je pak umístěná menší elektroda, která měří asi 1 mm2.
Jun Yao, elektrotechnik z univerzity v Massachusetts a jeho kolegové zjistili, že toto uspořádání je schopné produkovat nepřetržitě elektrický proud po více než dvacet hodin. Poté napětí klesá z 0,5V na 0,35V. Když je následně elektrické zatížení odebráno, během pěti hodin se napětí opět zvedá na 0,5V, což lze označit jako proces samonabíjení.
Vědci také zkusili spojit více zařízení dohromady, aby výkon ještě zvýšili. Se 17 přístroji dokázali generovat 10V a prokázali, že takto propojená zařízení mohou napájet LED či malý LCD displej.
Geobacter sulfurreducens byl objeven Derekem Lovleym, mikrobiologem z univerzity v Massachusets. Podle něj používají tyto mikroorganismy elektricky vodivé nanočástice k navázání spojení s jinými mikrobiálními druhy a s minerály. „Například v půdách a sedimentech přivádí Geobacter elektrony k mikroorganismům produkujícím metan. Tito živočichové pak metan vyrábí z oxidu uhličitého právě za pomoci těchto elektronů,“ říká Lovley. „Geobacter se také elektricky propojuje s minerály železa v půdách a sedimentech, aby tyto minerály využil podobně, jako my užíváme kyslík.“
Podle vědců se energie v zařízení generuje díky gradientu vlhkosti. Ten vzniká uvnitř nanofilmu, když je vystaven vlhkosti, jež se přirozeně vyskytuje ve vzduchu. Yao vysvětluje, že způsob, jakým zařízení funguje, lze přirovnat k bleskům. „Mrak vytváří kladné a záporné náboje na vrchní i spodní straně a po překročení určitého prahu se vybíjí bleskem. To znamená, že náboj vzniká díky okolnímu prostředí a my ho pak můžeme získat pro výrobu elektřiny. Naše zařízení si lze představit jako malý mrak s jednou stranou otevřenou do vzduchu a druhou uzavřenou. Molekuly vody ve vzduchu neustále narážejí na otevřenou stranu a vytvářejí více nábojů, než na té druhé. Výsledný rozdíl nakonec tvoří elektrické pole nebo takzvaný rozdíl potenciálů, který řídí výstup elektrického proudu.“
Tým v experimentu zjistil, že zvyšováním vlhkosti okolí se zároveň zvyšoval výkon zařízení. Aby se ujistili, že nedochází k žádným elektrochemickým reakcím se zlatými deskami, vědci je poté nahradili elektrodami z inertního uhlíku, které byly schopné generovat podobné napětí. Zařízení fungovalo i ve tmě a eliminovalo tak možnost, že napětí je generováno díky slunečnímu záření (tzv. fotovoltaický efekt).
Yao říká, že tým nyní pracuje na propojení zařízení a dalším navýšení jeho výkonu.
