Искусственные цветы-электрогенераторы

Проекты альтернативных технологий получения энергии пестрят разнообразием лежащих в их основе физических и химических принципов, а практические наработки уже приучают к мысли о скором появлении в домах генерирующих электричество окон, "пьезополов" и… синтетических растений. Искусственный фотосинтез все еще является недостижимой задачей, но инженеры из США заявляют, что синтетические листья могут использоваться для генерирования электричества путем процесса испарения. Натуральные листья теряют воду через испарение в процессе так называемой транспирации, вытягивающей влагу из корней к самой верхушке растения. Новые искусственные листья обладают тем же свойством, благодаря которому и вырабатывают энергию.

Мишель Махарбиз (Michel Maharbiz) из Калифорнийского университета (University of California), Беркли, совместно с коллегами из Мичиганского университета (University of Michigan) и Массачусетского технологического института (MIT) создал синтетические листья из стеклянных пластин с разветвленной сетью тонких заполненных водой каналов, рисунок которых подобен "жилам" настоящих листьев. Самые маленькие каналы тянутся к краям пластин и выходят на поверхность, поэтому вода может свободно испаряться, тем самым создавая ток жидкости вдоль центрального стебля со скоростью 1,5 см/с.

Исследователи присоединили металлические пластины к синтетическим стенкам стебля и включили их в электрическую цепь. В итоге получился "сэндвич" из двух проводящих слоев, разделенных изолирующим – по сути, конденсатор. Лист превратился в источник энергии благодаря прерыванию потока воды воздушными пузырями. Из-за различия в электропроводящих свойствах воздуха и воды каждый раз, когда пузырек проходит между пластинами, емкость конструкции меняется и генерируется небольшой электрический ток, который течет во внешнюю цепь и "накачивает" запоминающий конденсатор (storage capacitor). "Мы используем механическую энергию потока жидкости для изменения емкости и пополнения энергией конденсатора", - говорит Махарбиз.

Каждый пускаемый пузырь приводит к росту напряжения на выходе на 2-5 мкВ, а плотность рассеиваемой мощности равна 2 мкВт на кубический сантиметр. В перспективе планируется увеличить ее до сотен микроватт. Это лишь небольшая часть от мощности топливных ячеек или батареек, но потенциально устройство из синтетических листьев может быть масштабировано для производства целых искусственных деревьев, генерирующих энергию. Хотя скромного количества выдаваемой мощности недостаточно для конкуренции с технологиями использования солнечной энергии, Махарбиз считает возможным применение синтетических листьев как дополняющей технологии – солнечная энергия может активизировать испарение для увеличения количества получаемого электричества.

Авраам Струк (Abraham Stroock) из Корнельского университета (Cornell University) в Итаке, Нью-Йорк, называет разработку первой попыткой получать электричество посредством процессов тока жидкости и испарения. Хотя и добавляет, что американская компания Voltree успешно получала небольшие количества мощности из разницы в кислотно-щелочном балансе между грунтом и корнями настоящих деревьев. По его словам, необходимые для создания тока в конденсаторе пузыри являются тем элементом, который нужно заменить. Махарбиз планирует обойти проблему с помощью твердого диэлектрика, который заменит пузыри внутри искусственного растения и будет вращаться под действием течения жидкости, как водяное колесо, создавая различия в удельной емкости для генерирования энергии.