Грозовые батареи: Электричество из воздуха

Исследование Фернандо Галембека (Fernando Galembeck), представленное на 240-й встрече Американского химического общества (ACS), посвящено вопросам формирования электрических зарядов в атмосфере. Практическим применением полученных результатов, по словам ученого, могла бы стать утилизация атмосферного электричества. Это помогло бы не только уменьшить счета за «традиционную» электроэнергию, но и решить проблему молниезащиты. «Зная, как электричество накапливается и распространяется в атмосфере, мы могли бы предотвратить несчастные случаи разрушения, вызванные ударами молний», – говорит Галембек.

Задача использования природного электричества занимает умы ученых на протяжении столетий. Было замечено, что искры статического электричества образуются, когда пар вырывается из котла. Рабочие, едва коснувшиеся паровой струи, получали ощутимые поражения электрическим током. В числе тех, кто мечтал использовать «электричество из воздуха», был и знаменитый изобретатель Никола Тесла. Атмосферное электричество образуется, в частности, когда водяной пар конденсируется на частицах пыли, взвешенных в воздухе. Но, по словам Галембека, ученые до сих пор не имеют достаточных знаний о процессах формирования заряда и его «жизненном цикле», который иногда завершается вспышкой молнии.

Ранее считалось, что капли воды в атмосфере остаются электрически нейтральными даже после контакта с заряженными частицами пыли и других жидкостей. Однако новые данные свидетельствуют, что это не так.

Галембек и его коллеги экспериментально подтвердили идею о том, что на самом деле частицы воды в атмосфере являются носителями электрического заряда. Исследователи использовали частицы кремнезема и фосфата алюминия, которые часто содержатся в воздухе в виде пыли, чтобы смоделировать контакт частиц воды и взвешенных веществ. Оказалось, что при повышенной влажности кремний приобретает больший отрицательный заряд, а фосфат алюминия – больший положительный заряд, чем в сухой атмосфере.

«Вода в атмосфере может выступать в роли носителя электрического заряда и передавать его другим веществам, с которыми вступает в контакт, – объясняет Галембек. – Мы называем это «гигроэлектричество», то есть «влажное электричество». В будущем будет возможно создать коллекторы, которые собирают гигроэлектричество и направляют его на нужды офисов и жилых домов. Подобно тому, как солнечные батареи наилучшим образом работают в районах с преимущественно ясной погодой, «грозовые батареи» будут эффективны во влажных регионах, например, в тропиках.

Группа Галембека тестирует различные материалы для выявления тех из них, которые можно будет использовать с наибольшей эффективностью для утилизации атмосферного электричества. По словам ученого, до практической реализации идеи устройства, собирающего гигроэлектричество, еще далеко.

 

Схема экспериментальной установки
Два цилиндра из различных материалов размещены один внутри другого.
В азотной атмосфере с различной влажностью измеряется
скорость изменения заряда на поверхности цилиндров.

 

Взаимодействие водяных частиц с основными (вверху) и кислотными (внизу) оксидами.
Нейтральные молекулы воды по-разному реагируют с различными
оксидами в зависимости от их кислотно-основных свойств.
На поверхности основных оксидов при этом остается положительно заряженная частица,
а кислотных – отрицательно заряженная.

 

 

Зависимость скорости изменения заряда
от атмосферной влажности для различных материалов.

 

Источник: журнал «Популярная механика«