Я не планировал писать еще один пост об энергетике, но это всплыло само собой, и мне пришлось написать об этом. Исследователи UMASS создали устройство, которое вырабатывает электричество, собирая заряд из водяного пара. Они пишут:
Общей особенностью этих материалов является то, что в их конструкции используются соответствующие нанопоры, позволяющие воздуху проходить через воду и подвергаться динамическому адсорбционно–десорбционному обмену на границе раздела фаз, что приводит к поверхностному заряду. Верхний открытый интерфейс в тонкопленочной структуре устройства лучше воспринимает это динамическое взаимодействие, чем нижний закрытый интерфейс, обеспечивая самопроизвольный и устойчивый градиент заряда для непрерывной выработки электроэнергии.
Основные репортажи, которые попали в национальные новости, были посредственными, хотя некоторые из них были лучше других. Автор Чжун Яо утверждает, что устройство похоже на искусственное облако, но вместо того, чтобы накапливать заряд, который высвобождается в виде молнии, оно генерирует небольшое количество тока. Ключ не в самом материале, а в его структуре, для чего требуются нанопоры шириной менее 100 нм. Очевидно, что это лабораторный эксперимент, подтверждающий правильность концепции. Яо утверждает, что это может стать источником большого количества непрерывной чистой энергии.
У меня много вопросов, и пока что я касался только их. Мой первый вопрос – как это будет масштабироваться? Яо сообщает, что вы могли бы разместить миллиард таких устройств в устройстве размером с холодильник, которое вырабатывало бы мощность в 1 кВт. Среднестатистическому американскому дому требуется в среднем 1,2 кВт электроэнергии, но при пиковой нагрузке он может потреблять 3-5 квт. Таким образом, мы ориентируемся на 1 кВт. Предполагая, что все это работает и масштабируется (я не хочу делать больших предположений). Я могу представить себе бытовую технику размером, возможно, с мини-холодильник, мощностью 200 Вт, которая может быть объединена в цепочку для выработки энергии, необходимой конкретному зданию.
При этом все еще возникает проблема удовлетворения спроса, аналогичная проблеме перебоев в энергоснабжении. Вы можете решить эту проблему несколькими способами. Вы можете использовать сеть в качестве резервной, отправляя избыточную энергию в сеть и забирая энергию из сети, когда это необходимо. Это работает при низком уровне проникновения, но быстро выйдет из строя, если такие устройства будут экономически эффективными (еще одно важное предположение, которое я не готов делать), у вас также может быть избыточная мощность, если у вас достаточно устройств для удовлетворения пикового спроса, а затем вы отключаете их, когда они не нужны. Или же у вас может быть аккумуляторная батарея, при этом каждое устройство оснащено небольшой батареей, которая может накапливать энергию, когда она не нужна, и высвобождать ее при высокой потребности. Вероятно, сработает сочетание избыточной емкости и аккумуляторной батареи.
Но давайте вернемся к этим предположениям – будут ли такие устройства масштабироваться? Для масштабирования существуют технические трудности, и кто знает, можно ли их решить, но даже если предположить, что это возможно, у меня есть некоторые теоретические опасения. Во-первых, сколько водяного пара доступно в любом месте одновременно? Очевидно, что это зависит от влажности. Я хотел бы увидеть расчет того, сколько энергии такие устройства теоретически могли бы вырабатывать в доме среднего размера при различных уровнях влажности. В дополнение к вопросу о том, сколько водяного пара может проходить через устройство в любой момент времени, возникает вопрос о том, сколько всего водяного пара имеется в помещении. Я предполагаю, что такое устройство также функционально будет осушителем воздуха. Будет ли вода скапливаться в резервуаре, возможно, для слива снаружи? Что произойдет, если уровень влажности предсказуемо понизится? Поэтому возникает вопрос о том, сколько энергии такие устройства могут вырабатывать в любой момент времени, и какова общая энергия, которую они могут вырабатывать с течением времени.
Я сильно подозреваю, что именно в этом и кроется проблема, и ни в одном из отчетов, которые я видел, даже не поднимался этот вопрос. Возможно, такие устройства найдут свою нишу в качестве осушителей воздуха, которые питаются сами по себе, но не более того. Или, возможно, они могли бы хорошо подойти для туристов или других автономных приложений. Но я серьезно сомневаюсь, что мы сможем обеспечить ими значительную часть нашей цивилизации. И это нормально – часто новая технология изначально рекламируется с целью, для которой она в конечном итоге не подходит, но затем находит применение в других областях. Это может превратиться в отличную технологию, которая найдет множество творческих применений, даже если она никогда не будет использоваться в наших домах. Возможно, он найдет более ограниченное применение, обеспечивая небольшое количество энергии, в основном для резервного копирования.
Любое применение будет в значительной степени зависеть от другого вопроса – экономической эффективности. Что касается источника электроэнергии, то это довольно легко определить, поскольку мы можем просто провести прямое сравнение стоимости кВт/ч и сравнить ее с другими источниками электроэнергии. Мы также можем рассчитать первоначальные затраты, затраты на весь срок службы, выбросы углерода и энергоэффективность, а также время окупаемости. Экономическую эффективность часто трудно оценить, пока мы не начнем крупномасштабное производство и не начнем повышать эффективность за счет масштаба. Если компоновка этих устройств работает, то я подозреваю, что какая-нибудь компания попытается заставить ее работать и либо добьется успеха, либо потерпит неудачу. Если это сработает, то через 5-10 лет мы можем увидеть появление устройств, ориентированных на первых пользователей и недоступных большинству потребителей по цене.
В целом, хотя это заманчивая идея, просто оценивая шансы, я бы сказал, что маловероятно, что эта технология приведет к созданию каких-либо потребительских продуктов. Если это произойдет, то применение таких продуктов, скорее всего, будет ограничено, но они могут найти несколько интересных применений. Что мне действительно нужно, так это оценить, сколько энергии потенциально может быть доступно в любом помещении с течением времени, учитывая уровень влажности. Если кто-то знает, где это найти, дайте мне знать в комментариях. Опять же, это, вероятно, главная проблема этой технологии, которая может обречь ее на то, чтобы стать не более чем лабораторным курьезом.
