水力発電: 空気の湿度を利用した再生可能エネルギーの未来

近年、再生可能エネルギー分野の研究は、新しいエネルギー源の絶え間ない探索において大きな進歩を遂げています。大きな関心を集め始めているこれらのイノベーションの 1 つは、 吸湿性、から生成されるエネルギーの一種。 空気中の湿度。この概念は、湿度の変化に応じて電荷を生成する特定の材料の能力に由来しており、現在開発途上にあり、エネルギーを得る方法に革命をもたらす可能性があります。

水力発電とは何ですか?

La 吸湿性、としても知られている 水力発電エネルギーは、環境の湿度を利用して発電する革新的な方法です。太陽光や風力などの他の再生可能エネルギーとは異なり、直射日光や風などの特定の気候要因に依存しません。この現象の鍵となるのが吸湿性物質で、環境中に存在する水分子を吸収し、電位差を発生させて電気を発生させることができます。

マサチューセッツ大学 (UMass) やカンピナス (ブラジル) などの大学での先駆的な研究から生まれたこの進歩は、再生可能エネルギーの分野に新たな可能性をもたらしました。次のような特定の物質は、 酸化グラフェン(GO) または タンパク質ナノワイヤー、湿気に触れると帯電が発生する可能性があります。

酸化グラフェンの場合、表面に付着した水分子により電位差が生じ、外部回路に接続すると電流が発生します。この材料が発電するには太陽光が必要と考えられていたため、これは重要な発見でした。 水力発電にはこうした気象上の制限がありません、これは将来にとって非常に有望なソリューションになります。

水力発電はどのように機能するのでしょうか?

湿気からの発電を可能にするプロセスは、環境中の吸湿性物質と水分子の間の相互作用に基づいています。前述したように、これらの材料には次のような機能があります。 水を吸収する そして、 負荷差。 で CATCHERプロジェクト欧州連合の資金提供を受けた研究チームは、大気中の水が、同じく空気中に存在する塵粒子と接触すると、電荷を蓄積する可能性があることを示しました。これらの粒子と水分滴との間の相互作用によって小さな電位差が生成され、この電位差が十分に大きい場合には、有用な電流を得ることが可能になります。

主な材質

このタイプのエネルギーに最もよく使用される材料の 1 つは次のとおりです。 タンパク質ナノワイヤー から成長した ジオバクターsulfurreducens、水分と接触すると電子を伝達できる細菌。デバイス 空気発生器 マサチューセッツ州アマースト校によって開発されたこの装置は、これらのナノワイヤーを小さな電極に接続して空気から電気を生成することによって機能します。

もう 1 つの有望な例は、 酸化グラフェン(GO)、電荷を生成する優れた能力が実証されている材料です。大気中の水分子がGOの表面に付着すると、電荷差が生じて電子が水分子に向かって流れ、電流が発生します。

電極とナノ細孔

の性質 電極 また、水力発電の効率を向上させる上でも重要な役割を果たします。実際には、次のような導電性金属が使用されています。 プラチナ, 金 o 銀 電気の回収効率を向上させます。

さらに、材料の構造もエネルギーを生成する能力に直接影響します。最近の研究では、 ナノポア これらの材料（つまり、100ナノメートル未満の小さな穴）では、収集される水分の量が増加し、したがって生成されるエネルギー量が増加します。

水力発電の将来の応用

この技術はまだ開発段階にありますが、その可能性は非常に高いです。短期的には、供給するアプリケーションがすでに検討されています。 小さなデバイス スマートウォッチ、医療センサー、IoT デバイスなど。これらのシステムは必要なエネルギーが非常に少なく、多くの場合、住宅や建物内など常に湿気が存在する場所で使用されるため、湿電発電に最適です。

より遠い将来には、大規模なアプリケーションが検討される可能性があります。のような研究 ハンタープロジェクト 彼らは、水分エネルギーをより大量に変換できる材料とデバイスの開発に焦点を当てています。たとえば、これらのデバイスを統合すると、 ソーラーパネル 太陽エネルギーが利用できない夜間に動作します。

熱帯環境など、湿度の高い場所では、 湿度電気コレクター これらを家庭に設置して、環境に優しいエネルギー源を継続的に生成することができます。さらに、その 24 時間 7 日の利用可能性は、太陽エネルギーや風力エネルギーなどの他の再生可能エネルギーの断続性を上回ります。

現在の研究と課題

湿電技術の開発における現在の課題の 1 つは、 スケーラビリティ。単一のデバイスが生成する電力量は比較的小さいため、研究者は複数のユニットを積み重ねたり、材料を改良して生成される電力を増やす方法を模索しています。

El キャッチャープロジェクト は、面積 1 平方メートルで最大 20W/m2 を生成できるプロトタイプ パネルの開発に取り組んでいます。世帯全体に供給するには十分ではありませんが、商業的な実現に向けた大きな一歩となります。長期的には、この技術を他の形式のエネルギー生成と組み合わせることで、 より多様で持続可能なエネルギーインフラ.

材料の選択は依然として重要な側面です。ナノマテリアルは高価であり、大規模な商業化に必要な産業上の拡張性にはまだ達していません。しかし、ナノテクノロジーの進歩により、より経済的で効率的なデバイスの開発への扉が開かれ続けています。

水力発電への関心は高まり続けており、 EU CATCHER のようなプロジェクトでは、この新興テクノロジーに大きな期待が寄せられていると指摘しています。

水力発電はまだ開発の初期段階にありますが、再生可能エネルギーの範囲内で重要な技術の 1 つになることが期待されています。研究者が材料や技術の改良を続けるにつれて、エネルギーの入手方法や使用方法を変える可能性のある実用的な応用例が間もなく登場するかもしれません。