VYNÁLEZ: Elektřina ze vzduchu
Blackouty ohrožovaná Evropa pošilhává po elektrické energii, o které snil před 100 lety i Nikola Tesla.
Na první pohled to může vypadat jak novinářská kachna, obzvláště když se hovoří o projektu nesoucím název Catcher, což připomíná naše „kačer“, i když v překladu jde o „chytač“ či spíše „lapač“. Což ovšem nemá nic společného s knihou Kdo chytá v žitě (The Catcher in the Rye) spisovatele J. D. Salingera, neboť zde se jedná o vychytávání elektrických nábojů ze vzdušné vlhkosti, tedy o obrovský rezervoár energie, který je nám, na rozdíl od sluneční a větrné energie, neustále k dispozici. Ostatně zataženo a bezvětří, jako nepříjemná kombinace, pro kterou se vžil z němčiny převzatý termín Dunkelflaute, jako složenina z dunkel (tma) a flaute (klid), umí pořádně potrápit evropskou energetiku, která každým rokem zvyšuje svoji závislost na nejistém výkonu solárních a větrných elektráren.
Už roku 2018 tým vědců z University of Massachusetts (UMass) oznamoval, že se jim povedlo získat elektřinu ze vzduchu. V květnu 2023 pak výzkumníci publikovali studii, kde popsali vývoj zařízení, které je schopné získávat elektrický proud ze vzdušné vlhkosti. A zároveň popsali obecný efekt pro kontinuální získávání energie z vlhkosti vzduchu, který lze aplikovat na širokou škálu anorganických, organických a biologických materiálů. Společným rysem těchto materiálů je, že jsou navrženy s vhodnými nanopóry, které umožňují průchod vzdušné vody a její dynamickou výměnu adsorpce-desorpce na porézním rozhraní, což vede k povrchovému nabíjení. Dle nashromážděných poznatků horní exponované rozhraní zažívá tuto dynamickou interakci více než spodní utěsněné rozhraní v tenkovrstvé struktuře zařízení, což vede k spontánnímu a trvalému gradientu nabíjení pro kontinuální elektrický výstup.
Materiály, které můžou přeměnit vlhkost vzduchu na elektřinu, mají jednu věc společnou: jsou prošpikovány póry, kdy každý pór není širší než asi 100 miliardtin metru (přibližně 40násobek šířky řetězce DNA). Molekuly vody se shromažďují na vnější straně materiálu, i když několik jednotlivých molekul dokáže drobnými póry projít. A když je spodní strana materiálu uzavřená, má méně molekul vody než exponovaná horní strana. Protože každá molekula vody má svůj nepatrný náboj, pak mnohem více molekul vody na povrchu materiálu, než na jeho spodní straně, vytváří nerovnováhu. To podporuje tok elektronů shora dolů skrz nanodrátky, kdy se vzniklý elektrický proud dá shromažďovat. Čím je vzduch vlhčí, tím více molekul vody se pak na materiál uchytí a tím více elektřiny se dá vyrobit. Což není žádná magie, ale fyzika, poněvadž energii lze získat z jakéhokoli systému, který není v rovnováze, jak o tom zde hovoří Sabine Hossenfelderová :
Zařízení pro převod vlhkosti na elektřinu kombinuje na mikroúrovni řetězec fyzikálně-chemických, fyzikálních a elektrofyzikálních procesů, které probíhají na rozhraní nanostrukturovaných oxidových materiálů při interakci s molekulami vody z okolní atmosféry, což umožňuje přímou adsorpci vlhkosti (proces, při kterém se molekuly vodní páry vážou na povrch sorpčního materiálu). Kdy se zvyšuje produkce energie zlepšením adsorpční kapacity vůči vlhkosti a účinností přeměny prostřednictvím polarizace funkční vrstvy převodníku vnitřním elektrickým polem. Pro optimální využití venkovních termodynamických podmínek je navržena kombinovaná konstrukce (planární a porézní blokové konverzní prvky), kdy pomocí elektrických adaptérů lze tento systém kombinovat s prvky moderní energetické infrastruktury, schopnými provozu v autonomním režimu bez dobíjení a údržby. A tak bude výhledově možné zařízení integrovat do každé moderní energetické infrastruktury regionů s vhodným klimatem.
Původní myšlenka projektu sice vychází z vize srbsko-amerického vynálezce Nikoly Tesly, který uvažoval o výrobě energie ze vzduchu, aby pak provedl řadu experimentů s cílem zachytit elektrické náboje z atmosféry a přeměnit je na elektrický proud, což se mu nepovedlo. Od té doby však vědecká komunita prohloubila své chápání toho, jak se elektřina tvoří a uvolňuje do atmosféry, přičemž došla k závěru, že vodní pára může nést elektrické náboje. Obecná myšlenka projektu CATCHER je sice stejná jako u Tesly, ale technologie, kterou využívá, je odlišná.
Pro zachycení energie z atmosférické vlhkosti projekt využívá články vyrobené z oxidu zirkoničitého, keramického materiálu běžně používaného v zubních implantátech a elektronice. Zirkonium je chemický prvek s atomovým číslem 40, zatímco za zirkon se označuje minerál, který je sloučeninou zirkonia a je hlavním nositelem přirozené radioaktivity v horninách, jeho stáří se odhaduje na 4,4 miliardy let a považuje se tak za vůbec nejstarší minerál na Zemi. V zemské kůře je zirkonium poměrně hojně zastoupeno, nalézáme jej v řadě minerálů, které jsou pro své vlastnosti obecně známy a dávno používány, přičemž jedním z nejznámějších je právě oxid zirkoničitý ZrO2. Zirkonium odolává působení většiny běžných minerálních kyselin i roztoků alkalických hydroxidů, přičemž pro jeho dobré mechanické a chemické vlastnosti dnes nalézá uplatnění v jaderné energetice.
V zařízení z projektu CATCHER nanostruktura generuje uvnitř kapilár elektrická pole, která oddělují náboj od molekul vody absorbovaných z atmosféry. Výsledkem je kaskáda fyzikálně-chemických, fyzikálních a elektrofyzikálních procesů, které zachycují elektrickou energii. Přičemž zde existuje jeden aspekt, v němž má tato nová technologie výhodu oproti solární a větrné energii: zatímco fotovoltaické panely a větrné turbíny musí být instalovány na specifických místech se slunečním zářením a větrem, hygroelektrické články jsou funkční po celých 24 hodin ve všech oblastech, kde dochází k malým výkyvům úrovně vlhkosti. Hygroelektrické články však vyžadují její určitou minimální úroveň. Pokud například venkovní teplota klesne na mínus 15 stupňů Celsia a vše vůkol bude zmrzlé, články elektřinu nevyrobí, neboť množství vodní páry ve vzduchu bude velmi malé. Relativní vlhkost vzduchu při této teplotě obvykle bývá pod 10%, což značí velmi suchý vzduch.
Všech dosavadních poznatků využívá projekt CATCHER, jehož cílem je diverzifikovat zdroje čisté energie získáváním elektřiny z atmosférické vlhkosti. Tato technologie slouží k získávání drobných nábojů statické elektřiny, obsažených ve všudypřítomných molekulách vodní páry, tedy hygroelektřiny či vlhkostní elektřiny. Konkrétně se tu jedná o využití energie adsorpce vodní páry na povrchu pokročilých nanomateriálů. Tedy dle vyjádření týmu, složeného z doktorů věd a odborníků na nanomateriály, proces využívá efekt funkční heterojunkce (heteropřechodu) k vyvolání řady komplexních reakcí a interakcí mezi pokročilými nanomateriály, zde konkrétně povrchem oxidu zirkoničitého a molekulami vody ze vzduchu. Díky zásadním patentům má v souladu se strategickými plány Evropské unie jejich prototyp podle posledních zpráv vyrábět 1 kilowatthodinu za pouhé 3 centy, tedy 0,03 dolaru, což by odpovídalo zhruba našim šedesáti haléřům. Zde o tom, jak nová technologie určená domácnostem, která využívá sílu atmosférické vlhkosti a přeměňuje ji přímo na elektřinu, bude vyrábět 10 kWh denně :
Koordinátoři projektu CATCHER paralelně pracují na projektu SSHARE, financovaném EU, který si klade za cíl vyvinout inovativní obvodové pláště budov, které by měly budovy chladit nebo vytápět v závislosti na ročním období, kdy jako zdroj tepelné i elektrické energie využijí atmosférickou vlhkost. A to začleněním hygroelektrických článků do systémů vytápění a chlazení, což v kontextu rostoucích cen energií a energetické nezávislosti podtrhuje význam elektřiny vychytávané ze vzduchu. Mnohé tak nasvědčuje tomu, že o novinářského kačera či kachnu v případě tohoto zařízení, kterým by šlo nahradit fotovoltaické panely dovážené z Číny, tak úplně nejde. Ostatně svého času na první zprávy o zařízení, kterým lze ze vzduchu „vychytávat“ pitnou vodu (dokonce na poušti), laická veřejnost rovněž pohlížela s velkou skepsí. Ovšem vzhledem k tomu, že o „vychytávání“ elektrické energie ze vzduchu, řazené Evropskou komisí do kategorie OZE (obnovitelných zdrojů energie), je u nás podivné ticho po pěšině, leckomu může na mysli vytanout otázka: A není to tunel na evropské dotace?
Inu, většina pochybovačů v existenci inovativní technologie uvěří, teprve když si na ni může sáhnout. Tedy jak se generátor energie založený na gradientu vlhkosti (HGPG) s články z oxidu zirkoničitého u nás objeví, půjde se jich řada na vlastní oči přesvědčit, zda zařízení skutečně levnou elektřinu ze vzduchu vychytává. A jistě nám v případě, že by to celé byl zbytečný humbuk či podvod, podají promptně o tom zprávu.
Post scriptum
Není pochyb o tom, že se vynálezce Nikola Tesla zajímal o elektřinu v atmosféře. Což ještě neznamená, že jsou pravdivé mýty, na tuto skutečnost nabalené. Například podle příběhu tradovaného ve světě konspiračních teorií měl Tesla roku 1931 v Buffalu ve státě New York upravit vůz Pierce-Arrow tak, že odstranil benzínový motor a nahradil ho dvoufázovým asynchronním motorem na střídavý proud, který předvedl v Americkém institutu elektrotechniků už v roce 1888. Elektrický Motor pod kapotou vozu byl údajně poháněn „přijímačem kosmické energie“, připojeným k 1,8 metru dlouhé anténě, upevněné na zádi automobilu. I když Tesla ve voze neměl trakční baterii, ani jiný nám známý zdroj elektřiny, určený k pohonu elektromobilu, mělo auto s elektrickým motorem jezdit rychlostí až 140 km/h. Testy tohoto pohonu se údajně prováděly celý týden, o čemž měly psát „všechny noviny v Americe“.
Ačkoli existují všelijaké historky o tom, jak Nikola Tesla přestavěl vůz Pierce-Arrow na elektrický pohon, aby mohl jezdit na elektřinu „vychytávanou ze vzduchu“, jsou tyto zprávy experty považovány vesměs za hoax (anglický termín „hoax“ v překladu značí „podvod, mystifikaci, žert“). Takovéto klamavé zprávy, založené na směsici lží a polopravd se dříve šířily hlavně prostřednictvím hromadně rozesílaných e-mailů, dnes k jejich šíření přispívají sociální sítě. V amerických novinách ve skutečnosti neexistují žádné věrohodné důkazy ani zprávy, které by podpořily nejrůznějšími autory přebíraná tvrzení, že Tesla takovéto vozidlo, poháněné záhadnou energií, veřejnosti předvedl. Příběh pochází z tvrzení Petera Sava, který se novinářům v roce 1967 představil jako Teslův synovec. Ve skutečnosti však Tesla synovce jménem Peter Savo neměl a celý příběh o „volné“ energii, pohánějící automobil, postrádá jakékoli podpůrné důkazy. Ale jak říkával král pop-artu Andy Warhol, každý si jednou užije svých 15 minut slávy.
Tesla byl darem z nebes pro reportéry, kteří toužili po senzačních textech, ale problémem pro redaktory, kteří si nebyli jisti, jak vážně by se měla brát jeho futuristická proroctví. Po Teslově smrti správce cizího majetku zabavil jeho kufry, v nichž byly uloženy jeho dokumenty, dopisy, výkresy a laboratorní poznámky, aby nakonec vše zdědil Teslův synovec Sava Kosanovič, syn nejmladší Teslovy sestry. Později bylo toto dědictví uloženo v Muzeu Nikoly Tesly v Bělehradě, které bylo pro veřejnost otevřeno 20. října 1955 jako vůbec první technické muzeum v Jugoslávii. Vernisáž představila stálou expozici, která návštěvníkům poskytovala možnost prohlédnout si nejrůznější modely, vyrobené podle Teslových výkresů. Ovšem žádné důkazy o existenci „přijímače kosmické energie“ nikdo v Teslových písemnostech nikdy nenašel. V případě údajné přestavby automobilu Pierce-Arrow na elektromobil, poháněný bájnou elektřinou ze vzduchu, s největší pravděpodobností šlo jenom o v 60. letech koncipovanou odezvu na rozhovor, který se 5. července 1931 objevil na stránkách New York Times.
Zde se už v úvodu říká, že vynálezce Nikola Tesla, který oslavuje své sedmdesáté páté narozeniny, prohlásil, že brzy oznámí to, co považuje za „zdaleka nejdůležitější objev“, jaký během své dlouhé kariéry učinil. Tesla pak novinářům řekl: „Dosud se mi podařilo prokázat své teorie experimenty, měřeními a výpočty, které jsou na nich založeny, a jsem si jistý, že se ukážou jako pravdivé. Pokud ano, pak se otevře nový zdroj energie, dostupný kdekoli na světě, v prakticky neomezeném množství.“ Na žádost, aby konkrétněji popsal povahu této energie, Tesla odpověděl: „V tuto chvíli mohu říci pouze to, že bude pocházet ze zcela nového a netušeného zdroje a bude pro všechny praktické účely konstantní ve dne v noci a po celou roční dobu. Zařízení pro zachycování energie a její transformaci bude mít jak mechanické, tak elektrické vlastnosti a bude ideálně jednoduché. Zpočátku se cena může zdát příliš vysoká, ale tato překážka bude nakonec překonána. Navíc to bude nástroj takříkajíc nezničitelný a bude fungovat po libovolně dlouhou dobu bez dalších výdajů.“ Načež byl vynálezce dotázán, kdy a kde přijde s oficiálním oznámením svých nových objevů? „K těmto objevům,“ odpověděl, „nedošlo přes noc, ale jako výsledek intenzivního studia a experimentování po téměř třicet šest let. Přirozeně toužím co nejdříve sdělit světu fakta, ale také si je přeji prezentovat v hotové podobě. To může trvat několik měsíců nebo i několik let.“
Jakou energii měl vlastně Tesla na mysli, když hovořil o tom, že „bude pocházet ze zcela nového a netušeného zdroje a bude pro všechny praktické účely konstantní ve dne v noci a po celou roční dobu“, se nikdy už nedozvíme. Nešlo však o úplně novou myšlenku, podobný nápad se Tesla pokoušel realizovat už v projektu takzvané Wardenclyffské věže, která měla být připravena vysílat volnou energii do celého světa. Na tento projekt získal finance od miliardáře Johna Pierponta Morgana a s jejich pomocí se pustil na ostrově Long Island ve státě New York do stavby 57 metrů vysokého objektu, dokončeného roku 1901. Ten se údajně měl stát centrálním bodem sítě, pokrývající celou zeměkouli, určenou pro přenos takzvané éterické energie. Když miliardář Morgan po několika letech pochopil, že se návratnosti svých investic nedočká, přestal Teslu podporovat. Přestože se Tesla snažil získat na dokončení projektu prostředky z jiných zdrojů, nikde nepochodil a mýty opředená Wardenclyffská věž byla v roce 1917 demontována.
Odkazy na původní zdroje
Zachycení energie z atmosférické vlhkosti:
Generátory energie založené na gradientu vlhkosti:
Udržitelné získávání energie z vlhkosti vzduchu:
Vědci už umí získat elektřinu ze vzduchu:
Elektřina ze vzduchu může být nekonečným zdrojem čisté energie:
Elektřina z vlhkosti by mohla nahradit solární panely:
Elektřina z vlhkosti by mohla podle vědců nahradit solární panely |
Evropa potvrzuje staletý mýtus:
Vynálezy a experimenty Nikoly Tesly:
