Производство энергии из дождя для более умных городов

Инновационный генератор UNIST, который извлекает энергию дождя для питания датчиков и безотходно утилизирует дождевую воду.

Исследовательская группа из UNIST (Ульсанский национальный институт науки и технологий) представил инновационное решение в области капельного генератора электроэнергии – DEG.

В отличие от традиционных систем, это устройство позволяет производить энергию дождя и в то же время самостоятельно активировать системы сбора и хранения дождевой воды без внешнего питания.

В системе, разработанной профессором Янг-Бином Парком из факультета машиностроения UNIS, используется супергидрофобный полимер, армированный углеродным волокном (CFRP), который при установке на крышах зданий преобразует воздействие капель в полезные электрические сигналы.

Эволюция трибоэлектрического эффекта

Физическим принципом, позволяющим получать энергию из дождя, является трибоэлектрический эффект. Это процесс электризации, который происходит, когда два разных материала, хотя бы один из которых обладает изоляционными свойствами, вступают в контакт или трутся друг о друга. Этот контакт вызывает перенос электронов с одной поверхности на другую, создавая электростатический заряд и, как следствие, разность потенциалов.

Генератор ДЭГ, разработанный UNIST, производит электричество посредством аналогичного процесса.

Когда капля дождя соприкасается с супергидрофобной поверхностью устройства, происходит перенос заряда между жидкостью и твердым материалом. Благодаря водоотталкивающим свойствам поверхности капля не прилипает, а быстро отрывается, скатываясь. Динамическое движение отрыва вызывает поток электронов через углеродные волокна, встроенные в полимер, почти мгновенно преобразуя механическую энергию удара в электрический ток.

Максимальная производительность даже в сложных условиях окружающей среды

Отличительным элементом этой системы является ее способность генерировать энергию дождя даже в особо сложных природных условиях. Секрет надежности заключается в конструкции из углепластика (полимера, армированного углеродным волокном), который защищает устройство от коррозии, вызванной влажностью и загрязнением, в отличие от обычных металлических генераторов, обеспечивая большую долговечность с течением времени.

Лабораторные испытания подтвердили высокий потенциал системы. Одна капля дождя объемом около 92 микролитров была способна генерировать напряжение до 60 вольт. Чтобы продемонстрировать масштабируемость технологии, исследователи подключили четыре блока последовательно, кратковременно запитав модуль из 144 светодиодных фонарей.

Реальные приложения и интеллектуальный мониторинг

Чтобы проверить технологию, команда установила устройство на крышах и канализационных трубах в реальных условиях. По мере увеличения интенсивности осадков электрические сигналы становятся сильнее и чаще, что позволяет системе вырабатывать энергию дождя и в то же время действовать как интеллектуальный датчик. Устройство фактически способно различать легкий, умеренный или интенсивный дождь, при необходимости автоматически активируя дренажные насосы.

«Эта технология позволяет городской инфраструктуре отслеживать количество осадков и реагировать на риски наводнений, используя только энергию, вырабатываемую самим дождем.— сказал профессор Пак. «В будущем система может быть интегрирована в секторы мобильности, включая транспортные средства и самолеты, где композиты из углеродного волокна уже находят широкое применение».

Исследование опубликовано в журнале Передовые функциональные материалы.