Счет на нановатты: Колеблющаяся энергия

Миниатюрные генераторы на основе графена «улавливают» энергию прямо из воды.

Вода – основной возобновляемый источник энергии. С ее помощью ГЭС и генераторы других видов обеспечивают порядка 20% всего потребляемого человечеством электричества, а если брать только возобновляемые источники – то почти 90%. На фоне этих огромных цифр изобретение группы американских инженеров под командой Нихиля Кораткара (Nikhil Koratkar) смотрится не слишком: микроскопическое устройство позволяет получать из воды лишь крохотные количества энергии.


Однако в некоторых областях оно может быть просто незаменимым. В частности, этого электричества должно быть вполне достаточно для питания автономных сенсоров, используемых в исследованиях, нефтедобыче, экологическом мониторинге и так далее – с каждым годом их количество растет.


Для начала авторы провели теоретическое моделирование, показав, что если над слоем графена на субстрате диоксида кремния движется поток воды, присутствующие в ней ионы хлора «прилипают» к его поверхности, образуя на ней дополнительный верхний слой. Текущая вода постоянно воздействует на ионы этого слоя, смещая их в направлении течения. В свою очередь, движение заряженных ионов увлекает за собой свободные заряды, присутствующие в графене, и создает ток. Остается лишь «забрать» его. Инженеры сконструировали подобное устройство с фрагментом графена размерами 0,03х0,05 мм, показав, что оно способно выработать 85 нВт энергии.


Ученые предлагают и самую подходящую область для использования таких генераторов: нефтеразведка. В полостях и трещинах земной поверхности текут непрерывные струи воды, и если туда поместить крохотные сенсоры, питаемые энергией этих миниатюрных генераторов, те смогут долгое время автономно работать, передавая на «базу» информацию о присутствии в воде связанных с залежами ископаемых примесей. Питать такие устройства от традиционных аккумуляторов неудобно хотя бы потому, что они слишком малы, а аккумуляторы увеличат их размеры в разы.


Заметим, что авторы скромно делают не самое приятное с точки зрения заботы об окружающей среде добавление: поскольку для работы генератора необходимо достаточное количество ионов хлора, в почву в районе поисков, возможно, придется закачивать солевой раствор. С другой стороны, разведка нефтяных полей сегодня – и без того крайне дорогой, сложный и «грязный» процесс, включающий бурение скважин для поиска следов нефти и газа под землей. Возможно, использование миниатюрных автономных устройств сделает эту задачу куда более простой.


Судя по всему, энергетики уже оценили разработку по достоинству: группа Нихиля Кораткара получила миллионный грант от консорциума Advanced Energy, в который входят такие гиганты, как ВР, Shell и Halliburton. Создание прототипа микрогенератора стала первым результатом работы по этому гранту.