Китайские ученые решили задачу, которая поставила в тупик Эйнштейна
Помните детскую игрушку – «птица-поилка», которая постоянно опускает клюв в стакан с водой, а потом возвращается? Когда-то ею восторгался даже Альберт Эйнштейн – изучал почти 3 месяца, но так и не смог разгадать секрет.
Устройство было изобретено американским химиком Майлзом Салливаном еще в сороковых годах. И вот китайских ученых игрушка надоумила создать новый источник возобновляемой энергии. Оказывается, гаджеты и девайсы можно питать током за счет простого испарения воды.
Работали над этим исследователи из Южно-Китайского технологического университета в Гуанчжоу, Гонконгского политехнического университета и Городского университета Гонконга.
Созданное ими устройство может работать на 100 мл воды в качестве топлива в течение 50 часов и вырабатывать энергию напряжением до 100 вольт. Это значительно больше, чем в предыдущих исследованиях, в которых ученые также пытались использовать энергию испарения воды.
– Испарение воды поглощает половину солнечной энергии с поверхности Земли, предоставляя значительные возможности для возобновляемых источников энергии, – пишут китайские ученые в статье, опубликованной в научном журнале Device.
Используя прототип генератора, можно приводить в действие небольшую электронику: одной птицы-поилки хватит, чтобы питать, скажем, 20 жидкокристаллических дисплеев, датчиков температуры и калькуляторов.
Генератор будет состоять из стеклянной трубки с колбами на обоих концах, причем нижняя колба содержит жидкость с температурой кипения 40 градусов. «Головка» птицы покрыта впитывающим материалом, похожим на войлок. Она будет раскачиваться на стержне, закрепленном на подставке.
Генератор запускают просто: птичий клюв опускают в стакан с водой. Вода, которая соприкасается с тканью, начинает испаряться, делая головку более прохладной, чем основание. По мере остывания головы птицы пары жидкости внутри камеры конденсируются, что приводит к снижению внутреннего давления в головке «птицы» по сравнению с основанием.
Разница давлений заставляет жидкость в основании подниматься к голове. Когда верхушка становится тяжелее, она опрокидывается обратно в стакан с водой.
После наклона вперед жидкость стекает обратно, и птица возвращается в вертикальное положение. Поскольку испарение продолжается в ее голове, птица непрерывно раскачивается и пьет.
В сороковые годы птица была деревянной, потом пластиковой. Сейчас китайцы сделали ее из FEP (фторированного этилен-пропилена).
- В прибор будет вмонтировано два трибоэлектрических модуля. Скрытую теплоту испарения преобразуют в низкочастотное движение, а затем механическую энергию в электричество, - пишут ученые в статье для Device.
Руководитель научной группы, гонконгский профессор Ван Цзуанкай говорит в интервью South China Morning Post (SCMP), то они уже научились делать целые «электростанции» для офисных гаджетов. На 3D-принтере распечатали миниатюрные «птицы-поилки», которые расположены рядами на подложке. Это позволяет вырабатывать электроэнергию достаточную, чтобы хватило на целый офис.
По словам профессора Вана, придуманную почти сто лет назад технологию совершенствуют. Например, есть еще один способ заставить птицу раскачиваться – направить солнечный свет на нижнюю колбу, которая может быть покрыта фототермическим материалом.
Тепло от солнечного света заставит жидкость внутри прибора быстрее подниматься к «голове» птицы по мере испарения, что запустит генератор.
– Таким образом, мы можем преобразовывать в электричество не только механическую, но и световую энергию, - говорит профессор Ван. Причем это почти что вечный двигатель: поскольку жидкость замкнута внутри трубки, она не испарится в воздух. И одной «зарядки» водного топлива хватит на многие часы и дни выработки электроэнергии
Сейчас команда Вана занята тем, чтобы чтобы ускорить движение жидкости и вырабатывать больше электроэнергии. Для этого можно использовать более современные материалы колбы и трибоэлектрические генераторы.
Простейший генератор может заряжать конденсатор, получая напряжение до 10 В за несколько минут. Китайские ученые давно думают над тем, как бы научиться вырабатывать электроэнергию из самых простых вещей. Даже из капель дождя.
Ученые из высшей школы Цинхуа при Университете Цинхуа в Шэньчжэне придумали трибоэлектрический наногенератор (TENG), который преобразует в электричество энергию падающих капель.
– Этот процесс можно рассматривать как миниатюрную форму гидроэнергетики, которая также использует кинетическую силу движущейся воды для выработки электроэнергии, - говорит профессор Цзун Ли из Шэньчжэня.
Чтобы прибор был коммерчески успешным, множество мелких генераторов TENG нужно объединить в огромные панели. И работать они будут так же, как солнечные батареи, собирая электроэнергию просто с поверхности земли. Если солнечные батареи ставят в тех местах, где всегда солнечно и жарко, то «дождевые» батареи нужно монтировать в самых дождливых местах планеты. Большинство из них находятся в Океании – на Гавайях и в Новой Зеландии.
