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Wissenschaftler entdecken, wie man aus dünner Luft Strom erzeugen kann
Forscher der University of Massachusetts Amherst haben einen Weg gefunden, Strom zu erzeugen, indem sie Feuchtigkeit in der Luft sammeln.
Laut einem in der Zeitschrift veröffentlichten Forschungsbericht Fortgeschrittene WerkstoffeStrom kann mit einem Gerät aus nahezu jedem Material aus der Luft gewonnen werden. Dazu muss das Material lediglich mit Nanoporen mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern (nm) – 0,000004 Zoll – übersät sein.
„Das ist sehr aufregend“, sagte Xiaoming Liu, Hauptautor der Studie sagte er in einer Erklärung. „Wir öffnen die Tür weit für saubere Elektrizität aus luftleerer Luft“, sagte Xiaoming Liu, Hauptautor der Studie. Leo ist ein Doktorand der Elektro- und Computertechnik am UMass Amherst College of Engineering.
Die Autoren beschreiben, wie die latente elektrische Ladung von Wassermolekülen in der Luft mithilfe dieser winzigen Nanoporen, die weniger als ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares betragen, gewonnen werden kann.
Diese Poren haben die gleiche Größe wie die Länge der „mittleren freien Weglänge“ zwischen Wassermolekülen, also der Distanz, die die Moleküle in der Luft zurücklegen, bevor sie mit einem anderen Wassermolekül kollidieren.
Durch die Entwicklung eines Geräts mit Poren mit einem Abstand von nur 100 Nanometern ermöglichten die Forscher die Nutzung der natürlichen elektrischen Ladung des Moleküls. Dieser „Luftgenerator“ funktioniert aufgrund der geringen Größe der Poren, was bedeutet, dass Wassermoleküle beim Durchgang durch die dünne Materialschicht leicht mit dem Rand der Poren kollidieren.
Dies bedeutet, dass der obere Teil des Luft-Gens mit mehr ladungstragenden Wassermolekülen bombardiert wird als der untere Teil, was zu einem Ladungsungleichgewicht wie in einer Wolke führt, was das Grundprinzip für die Erzeugung eines elektrischen Ladungsflusses ist, wie z Blitz.
„Die Luft enthält eine große Menge Elektrizität“, sagte Jun Yao in der Erklärung. Yao ist Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Computertechnik an der UMass Amherst School of Engineering und Co-Autor des Artikels. „Stellen Sie sich eine Welt der Zukunft vor, in der sauberer Strom überall verfügbar ist“, sagte er. „Der allgemeine Luftgeneffekt bedeutet, dass diese futuristische Welt Wirklichkeit werden kann.“
„Stellen Sie sich eine Wolke vor, die nichts weiter als eine Masse aus Wassertröpfchen ist“, sagte Yao. „Jedes dieser Tröpfchen enthält eine Ladung, und wenn die Bedingungen stimmen, kann die Wolke einen Blitz erzeugen – aber wir wissen nicht, wie wir die Elektrizität des Blitzes zuverlässig einfangen können.“
„Wir haben eine winzige, von Menschenhand geschaffene Wolke geschaffen, die vorhersehbar und kontinuierlich Strom für uns produziert, damit wir ihn ernten können. Noch schockierender ist, dass dieses Gerät aus fast jedem Material hergestellt werden kann.“
„Die Fähigkeit, Strom aus Luft zu erzeugen – was wir später den ‚Lufteffekt‘ nannten – erweist sich als allgemeingültig: Im wahrsten Sinne des Wortes kann jedes Material Strom aus Luft gewinnen, solange es über eine bestimmte Eigenschaft verfügt“, sagte Yao.
Diese Idee wurde schon früher ausprobiert, aber die Autoren sagten, dass dieses Design über längere Zeiträume als frühere Konzepte funktionieren könnte, was ihnen die Hoffnung gab, dass es eines Tages eine kontinuierliche, nachhaltige Energiequelle bereitstellen könnte.
Die Autoren hoffen, dass ihre bahnbrechende Entdeckung dazu beitragen wird, weltweit Strom aus der Luft zu erzeugen, und zwar aus beliebigen Materialien. Da die Luft immer ziemlich feucht ist, sind diese Stromerntemaschinen nicht wie andere Formen erneuerbarer Energien auf Sonne oder Wind angewiesen.
„Die Idee ist einfach, wurde aber noch nie erforscht“, sagt Yao, „und sie eröffnet alle möglichen Möglichkeiten. Man kann sich Schnitter vorstellen, die aus einem Materialtyp für Regenwaldumgebungen und einem anderen für Trockengebiete hergestellt werden.“
Darüber hinaus kann Luft gestapelt werden, was die erzeugte Strommenge erhöht. Den Autoren zufolge können Tausende von Windgeneratoren zusammengestapelt Kilowattstunden Strom für den allgemeinen Stromverbrauch liefern.
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