Vyrábět si doma elektřinu, když svítí sluníčko, i když prší? To možná bude časem realita. Dešťová energetika, která se zabývá výrobou elektrické energie z dešťové vody, je zatím teprve v začátcích.
Díky rostoucímu důrazu na soběstačnost a využívání obnovitelných zdrojů se teď ale na ni obrací víc pozornosti. I když se nedá předpokládat, že by mohla plně pokrýt energetické nároky domácnosti, jako doplněk k jiným formám výroby energie může být velmi užitečná.
Dešťová elektrárna přeměňuje kinetickou (pohybovou) energii dopadající dešťové vody na elektrickou energii. To je v zásadě stejný princip jako v případě vodních elektráren. Jen s tím rozdílem, že vodní elektrárny využívají energii proudících vodních toků nebo přehrad s velkým objemem vody, zatímco dešťová energetika si vystačí s vodou, která padá z oblohy. Té je sice naráz menší objem, ale na druhou stranu je dostupná prakticky všude. Samozřejmě kromě oblastí, kde prší jen párkrát za rok nebo téměř vůbec.
Jak si takovou dešťovou elektrárnu vlastně představit?
Asi nejjednodušší je použití malé turbíny (často o průměru jen pár centimetrů), která se umístí buď přímo do okapového potrubí nebo pod něj – například do potrubí, které vede k nádrži na dešťovou vodu. Když prší a voda prochází trubkou, roztočí generátor, který pak funguje stejně, jako mini vodní elektrárna.
Takové řešení je technicky nenáročné a při silném dešti dokáže vyrobit jednotky až desítky wattů. Má tedy smysl víceméně jen tam, kde často a hodně prší, nebo kde se dešťová voda z většího území sbírá do zásobníku. V běžném rodinném domě by dokázala pokrýt potřebu elektřiny například pro osvětlení, různé senzory nebo dobití baterie menších spotřebičů.
Výzkumný tým z britské University of Exeter testoval mikroturbínu instalovanou v odtokovém potrubí. Při průměrném dešti vyrobí jedna turbína napětí 7,21 V; při intenzivním dešti až 50,49 V, což stačí například nabití mobilního telefonu.
Druhou možností, od níž si vědci hodně slibují, je přímá přeměna energie dešťových kapek na elektřinu. Kapky dopadají na speciální povrch složený ze dvou různých materiálů – například vodivého filmu a izolační vrstvy. Tento pohyb způsobí přesun elektrického náboje mezi těmito materiály, čímž vznikne elektrický impulz.
Na rozdíl od mikroturbíny je tento typ výroby elektřiny teprve „v plenkách“ – zatím se jen testuje v laboratořích, kde dosud vědci dokázali vyvinout výkon v řádu miliwattů, jehož pomocí rozsvítili LED diody. Výzkum probíhá především v Číně, Singapuru, USA a Tchaj-wanu.
Zatím tedy přednost této varianty tkví spíš v tom, že systém zabere jen minimum místa, funguje i při malé intenzitě deště a nepotřebuje žádné pohyblivé prvky. Do budoucna by tak mohl být například součástí střešních krytin nebo možná i solárních panelů. Extra velké výkony se však od triboelektrického generátoru očekávat nedají.
Vědci zkoumají i další možnosti, jak využít dešťovou vodu k výrobě elektřiny, ale žádný z nich zatím není blízko k uvedení do provozu. Jednou experimentální cestou je využití tzv. piezoelektrických membrán. Ty při dopadu kapky vody mírně kmitají – podobně jako bubínek – a mechanické napětí v materiálu se mění na elektrický impulz.
Zatím produkují jen nepatrné množství energie, ale daly by se využít alespoň na pohánění zařízení, která vyžadují jen minimální příkon (např. různých čidel, která jsou součástí chytré domácnosti).
Zatím jsou dešťové elektrárny teprve ve fázi výzkumu; v praxi se setkáme pouze tu a tam s malými vodními turbínami. Pokud se vývoj nějak výrazně neposune kupředu, musíme se smířit s tím, že využití dešťové vody pro výrobu elektřiny nás nespasí. Není to způsob, jak vyrobit velké množství energie.
Z dešťové vody svedené ze střechy o ploše 180 m2 při průměrných ročních srážkách 400 mm vyrobíte mikroturbínou asi 1,5 kWh ročně. Zatímco menší fotovoltaickou elektrárnu o výkonu 5 kWp to bude asi 4 500–5 000 kWh za rok.
Dešťová elektrárna tedy nemůže té solární ani v nejmenším konkurovat. Může ji ale skvěle doplnit. Vyrábí totiž elektřinu právě ve chvílích, kdy je solární produkce prakticky nulová. Už brzy by se mohla začít používat jako doplněk k domácí fotovoltaice, aby zajistila nepřetržitý chod například senzorů chytré domácnosti, která dále přispívá k efektivnějšímu využívání energie jako takové.
A až vědecký výzkum ještě trochu pokročí, stanou se možná zařízení pro výrobu energie z deště součástí střech, střešních krytin nebo i dalších materiálů. To, že se dá tato technologie díky malým rozměrům použít prakticky kdekoliv, je jednou z jejích hlavních výhod.
I když svým přínosem malá, přesto zapadá do moderního energetického mixu – vyrábí energii z lokálních obnovitelných zdrojů, neprodukuje emise, je tichá a přispívá k efektivnímu hospodaření s dešťovou vodou, která se pak dá ještě dále využívat. Zkrátka: může přispět k tomu, abychom sílu přírody dokázali co nejvíc vytěžit, aniž bychom ji poškozovali.
A možná nám díky dešťové elektrárně na střeše aspoň deštivý den už nebude připadat jako promarněný, ani tak nevlídný. Příroda dostává vláhu a my energii, abychom napájeli náladové osvětlení, hudební reproduktor nebo třeba aroma difuzér.
Zdroje:
Carter, J.; Rahmani, A.; Dibaj, M.; Akrami, M. Rainwater Energy Harvesting Using Micro-Turbines in Downpipes. Energies 2023, 16, 1660. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/en16041660
Kumbhakar, P., Parui, A., Ambekar, R. S., Mukherjee, M., Siddique, S., Pugno, N. M., Singh, A. M., & Tiwary, C. S. (2022, January 18). Rain energy harvesting using atomically thin Gadolinium Telluride decorated 3D Printed nanogenerator. Dostupné z: https://doi.org/10.48550/arXiv.2202.01927
Osel.cz
Sdílení elektřiny už u nás funguje rok a půl. Jak se mu daří, a jak zájemci zvládají technické i administrativní výzvy?
Převedení POZE na stát zlevnilo elektřinu domácnostem, ale zároveň výrazně zatíží státní rozpočet. A nejen to. Jaké bude mít toto opatření širší dopady na ekonomiku a ekologii?
