Plovoucí generátor: Přelomová možnost využití vodní energie. Budeme vyrábět elektřinu z deště?

Kapka ke kapce a nakonec z toho může být moře elektřiny. Před časem jsme tu psali o dešťových elektrárnách a jejich potenciálu do budoucna. Zatím šlo spíš jen o zajímavost s velmi malým výkonem.

Nyní je tu však nová technologie, která může být daleko účinnější – plovoucí generátor, jenž dokáže přeměňovat energii kapek dopadajících na vodní hladinu rovnou na elektřinu.

Vylepšení původního nápadu

Dosavadní technologie přeměňující kinetickou energii deště na elektřinu vždy pracovaly s nějakým „pomocným“ prostředím, v němž k transformaci vodní energie dochází:

• U dešťových turbín je to generátor, který se silou dopadajícího deště roztočí.
• Triboelektrický generátor (TENG) využívá speciální povrch složený z dvou různých materiálů – vodivého filmu a izolační vrstvy. Dopad dešťových kapek způsobí přesun elektrického náboje mezi těmito materiály, čímž vznikne elektrický impulz.
• Piezoelektrické membrány se v dešti rozkmitají a mechanické napětí v materiálu se mění na elektřinu.

Při této transformaci vždy dochází ke ztrátám energie, což je jeden z důvodů, proč tyto technologie nejsou dostatečně účinné. Navíc mívají velmi omezenou využitelnou plochu, což jejich efekt ještě snižuje.

Nový plovoucí generátor jde však dál. Využívá triboelektrický jev, ale nepotřebuje přenosové prostředí – dokáže rovnou pracovat s energií kapek dopadajících na vodní hladinu.

Jak se dá efektivně využít vodní energie

Nový typ plovoucího generátoru energie z deště (Water-integrated Droplet Electricity Generator – W-DEG) vyvinuli vědci z Nankingské univerzity letectví a kosmonautiky v Číně a výsledky loni publikovali v odborném časopise National Science Review.

Generátor je navržený tak, aby plul na vodní hladině (rybnících, nádržích nebo jiných vodních plochách). Právě voda zde tvoří jednu ze dvou vrstev, která je při triboelektrickém jevu potřeba pro vytvoření elektrického impulzu. Je to vlastně velká elektroda. Vrchní vrstvu zde tvoří speciální tenký materiál rozprostřený přímo na vodní ploše.

Díky této technologii může být generátor velmi lehký, nepotřebuje masivní pevnou konstrukci ani velké množství materiálu. Zároveň však dokáže pokrýt velkou plochu (aniž by zabíral půdu) a tedy i vyrábět více energie.

• Na vodní hladině se při dopadu kapka více rozprostře, což zvyšuje účinnost jejího působení na vznik elektrického impulzu.
• Voda slouží jako přirozená vodivá vrstva o velké ploše.
• Generátor může z dopadající kapky generovat řádově stovky voltů. Nicméně proud je velmi malý, takže celkový výkon zůstává relativně nízký.
• Dá se škálovat i na velké plochy bez ztráty efektivity technologie.
• Systém nemá žádné pohyblivé mechanické části, což by mu mělo zajistit dlouhou životnost a nízkou poruchovost.

Toto zařízení dokáže už nyní dodávat dost energie na to, aby během deště napájelo LED světla, senzory nebo menší elektrický spotřebič. Což jsou výrazně lepší výsledky, než jaké dosahují dosavadní triboelektrické generátory s pevnou podkladovou vrstvou nebo piezoelektrické membrány (ty jsou na tom, alespoň zatím, vůbec nejhůře).

Má tato technologie nějaká rizika?

Může nějak ohrozit vodní organismy nebo narušit ekosystém? Alespoň zatím to tak nevypadá. Plovoucí generátory nemají pohyblivé části, jsou tiché a pracují s velmi nízkými elektrickými proudy.

Větší instalace by však mohly příliš zastínit hladinu, což by mohlo ovlivnit fotosyntézu řas a vodních rostlin, případně zamezit vodní ptákům dostat se ke zdrojům potravy.

Otázka je také budoucí degradace materiálů – záleží, z čeho se budou vyrábět a zda nebudou např. do vody uvolňovat mikroplasty či jiné nežádoucí látky. To však ukáže teprve čas.

Potenciál vodní energie je neoddiskutovatelný

Plovoucí generátory představují zajímavý technologický posun ve využívání vodní energie z deště. Přesto však (zatím) nedokážou vyrábět takové množství energie jako například fotovoltaické nebo větrné elektrárny.

Pochopitelně jsou silně závislé na počasí a dají se využít jen tam, kde jsou k dispozici vhodné, dostatečně velké vodní plochy. Zároveň vyžadují i systém akumulace, protože elektrický výstup je pulzní a nestabilní. Bez baterií nebo zařízení pro usměrňování výkonu jsou tedy v praxi těžko použitelné.

A samozřejmě jde zatím pouze o prototypy, takže chybí data o dlouhodobém fungování, životnosti, vlivu extrémního počasí, zanesení řasami a biofilmem a případných ekologických dopadech.

Určitě je ale zajímavé se zkoumáním a zdokonalováním takových technologií dále zabývat. I když se nejedná o systém, který by do budoucna dokázal nahradit například uhelné elektrárny, jako drobný dílek do skládačky moderního energetického mixu může dávat smysl.

Stále důležitější je totiž lokálnost a diverzifikace zdrojů, které zajišťují stabilnější a spolehlivější energetiku. A možnost čerpat energii z obnovitelných zdrojů i tehdy, když podmínky nepřejí jiným technologiím (fotovoltaika – slunečno, větrné turbíny – vítr, vodní generátory – déšť). Možná se jednoho dne stanou podobné generátory běžnou součástí vodních ploch a v deštivých dnech podpoří výrobu čisté energie.

Zdroje:
Ecoticias.com
Hrot24.cz
Oilprice.com
Scitechdaily.com
VUT.cz