Les ingénieurs récoltent une énergie propre abondante à partir de rien, 24h/24 et 7j/7


Une équipe d’ingénieurs de l’Université du Massachusetts à Amherst a récemment montré que presque n’importe quel matériau peut être transformé en un appareil qui récolte en continu de l’électricité à partir de l’humidité de l’air. Le secret réside dans le fait de pouvoir parsemer le matériau de nanopores de moins de 100 nanomètres de diamètre. La recherche est parue dans la revue Matériaux avancés.

« C’est très excitant », déclare Xiaomeng Liu, étudiant diplômé en génie électrique et informatique au Collège d’ingénierie de l’UMass Amherst et auteur principal de l’article. « Nous ouvrons une grande porte pour récolter de l’électricité propre à partir de rien. »

« L’air contient une énorme quantité d’électricité », explique Jun Yao, professeur adjoint de génie électrique et informatique au College of Engineering de l’UMass Amherst et auteur principal de l’article. « Pensez à un nuage, qui n’est rien de plus qu’une masse de gouttelettes d’eau. Chacune de ces gouttelettes contient une charge, et lorsque les conditions sont réunies, le nuage peut produire un éclair — mais nous ne savons pas comment capturer de manière fiable l’électricité de la foudre. Ce que nous avons fait, c’est créer un nuage à petite échelle construit par l’homme qui produit de l’électricité pour nous de manière prévisible et continue afin que nous puissions la récolter.

Le cœur du nuage créé par l’homme dépend de ce que Yao et ses collègues appellent « l’effet Air-gen générique », et il s’appuie sur les travaux que Yao et le co-auteur Derek Lovley, professeur émérite de microbiologie à l’UMass Amherst, avaient précédemment achevés. en 2020, montrant que l’électricité pouvait être extraite en continu de l’air à l’aide d’un matériau spécialisé constitué de nanofils de protéines issus de la bactérie Geobacter sulfurreducens.

« Ce que nous avons réalisé après avoir fait le Géobactérie découverte », dit Yao, « est que la capacité à produire de l’électricité à partir de l’air — ce que nous appelions alors « l’effet Air-gen » — s’avère être générique : littéralement n’importe quel type de matériau peut récolter de l’électricité à partir de l’air, tant qu’il a une certaine propriété. »

Cette propriété ? « Il doit avoir des trous inférieurs à 100 nanomètres (nm), soit moins d’un millième de la largeur d’un cheveu humain. »

Cela est dû à un paramètre connu sous le nom de « libre parcours moyen », la distance parcourue par une seule molécule d’une substance, dans ce cas l’eau dans l’air, avant de heurter une autre molécule unique de la même substance. Lorsque les molécules d’eau sont en suspension dans l’air, leur libre parcours moyen est d’environ 100 nm.

Yao et ses collègues ont réalisé qu’ils pouvaient concevoir un récupérateur d’électricité basé sur ce nombre. Ce récupérateur serait constitué d’une fine couche de matériau remplie de nanopores inférieurs à 100 nm qui laisseraient passer les molécules d’eau de la partie supérieure vers la partie inférieure du matériau. Mais parce que chaque pore est si petit, les molécules d’eau se heurteraient facilement au bord du pore lorsqu’elles traverseraient la couche mince. Cela signifie que la partie supérieure de la couche serait bombardée de beaucoup plus de molécules d’eau porteuses de charge que la partie inférieure, créant un déséquilibre de charge, comme celui d’un nuage, car la partie supérieure augmentait sa charge par rapport à la partie inférieure. Cela créerait effectivement une batterie – une batterie qui fonctionne tant qu’il y a de l’humidité dans l’air.

« L’idée est simple », dit Yao, « mais elle n’a jamais été découverte auparavant, et elle ouvre toutes sortes de possibilités. » La moissonneuse pourrait être conçue à partir de littéralement toutes sortes de matériaux, offrant un large choix de fabrications rentables et adaptables à l’environnement. « Vous pourriez imaginer des moissonneuses faites d’un type de matériau pour les environnements de forêt tropicale et d’un autre pour les régions plus arides. »

Et comme l’humidité est omniprésente, la moissonneuse fonctionnerait 24h/24, qu’il pleuve ou qu’il vente, la nuit et que le vent souffle ou non, ce qui résout l’un des problèmes majeurs des technologies comme l’éolien ou le solaire, qui ne fonctionnent que sous certaines conditions. .

Enfin, comme l’humidité de l’air se diffuse dans un espace tridimensionnel et que l’épaisseur de l’appareil Air-gen n’est qu’une fraction de la largeur d’un cheveu humain, plusieurs milliers d’entre eux peuvent être empilés les uns sur les autres, augmentant ainsi efficacement la quantité. d’énergie sans augmenter l’encombrement de l’appareil. Un tel appareil Air-gen serait capable de fournir une puissance de niveau kilowatt pour une utilisation générale des services publics d’électricité.

« Imaginez un monde futur dans lequel de l’électricité propre est disponible partout où vous allez », déclare Yao. « L’effet Air-gen générique signifie que ce monde futur peut devenir une réalité. »

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation, Sony Group, Link Foundation et l’Institute for Applied Life Sciences (IALS) de l’UMass Amherst, qui combine une expertise approfondie et interdisciplinaire de 29 départements du campus de l’UMass Amherst pour traduire la recherche fondamentale en innovations. qui profitent à la santé et au bien-être humains.

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