Смоделировать процесс фотосинтеза, который является основой жизнедеятельности растений на Земле – пока недостижимая цель, однако учёные из США утверждают, что синтетические листья можно использовать для производства электричества с помощью процесса испарения. Суть разработки в том, что обычные листья теряют воду в результате испарения в процессе транспирации, поднимающей влагу из корней к верхушке растения. Созданные синтетические листья имеют то же свойство, благодаря которому и вырабатывается энергия.
Мишель Махабиз (Michel Maharbiz) из Калифорнийского университета Беркли вместе с коллегами из Массачусетского технологического института и Мичиганского университета изобрёл искусственные листья из стеклянных пластинок с обширной сетью заполненных водой тонких каналов, рисунок которых повторяет жилки настоящих листьев. Наиболее тонкие каналы проходят непосредственно к краям пластин и вытягиваются на поверхность. Таким образом вода имет возможность легко испаряться, создавая тем самым ток жидкости вдоль центрального стебля, и обладая при этом скоростью 1,5 см/с.
Разработчики прикрепили пластины из металла к синтетическим стенкам стебля и после этогого замкнули их в электрическую цепь. В результате получился своеобразный «бутерброд» из двух проводящих слоев, которые разделены изолирующим слоем. фактически получился обычный конденсатор. Лист превращается в источник энергии благодаря прерыванию водяного потока пузырьками воздуха. Из-за разницы в электропроводящих параметрах воды и воздуха всякий раз, когда пузырек проходит между пластинами, общая емкость конструкции изменяется и генерируется небольшой электрический ток, текущий во внешнюю цепь и накачивающий запоминающий конденсатор (storage capacitor). Исследователи используют механическую энергию жидкостного потока для изменения ёмкости и восполнения энергией конденсатора.
Таким образом, каждый выпускаемый пузырёк приводит к увеличению напряжения на выходе на 2-5 мкВ, а плотность рассеиваемой мощности составляет 2 мкВт на 1 см³. На будущее поставлена задача увеличить её до нескольких сотен микроватт. Это составляет лишь небольшую часть от мощности топливных батареек или ячеек, но гипотетически устройство из синтетических листьев сможет масштабироваться для производства искусственных деревьев значительных размеров, которые будут генерировать энергию. Хотя небольшого количества получаемой мощности ещё недостаточно для успешной конкуренции с промышленными технологиями использования солнечной энергии, Махабиз считает вполне возможным применение синтетических листьев как дополнительной технологии: энергия солнца может активизировать процесс испарения для повышения количества получаемого электричества.
Абрахам Струк (Abraham Stroock) из Корнельского университета в Итаке, Нью-Йорк, называет данную разработку первой попыткой получить электричество в результате процессов испарения и тока жидкости. Хотя учёный и добавляет, что американская компания Волтри (Voltree) уже успешно получала небольшие количества мощности из разницы кислотно-щелочного баланса между корнями настоящих деревьев и грунтом. По его заявлению, необходимые для создания тока в конденсаторе пузырьки являются тем самым элементом, который требует замены. Махабиз желает обойти проблему при помощи твердого диэлектрика, заменяющего пузырьки внутри искусственно созданного растения и вращающегося под действием течения жидкости, напоминая водяное колесо, и создавая разницу в удельных емкостях для свободного генерирования энергии.
Метки: альтернативная энергетика, изобретения
