Inginerii din Elveţia au descoperit cum pot utiliza energia procesului de evaporare, prin instalaţii hidrovoltaice care ar produce electricitate

Evaporarea e un proces atât de firesc şi de omniprezent în jurul nostru, încât aproape nimeni nu-i acordă prea mare atenţie. În clasele primare la şcoală învăţăm în termeni simpli şi copilăreşti ce înseamnă circuitul apei în natură, dar ulterior puţini mai sunt cei ce studiază profund acest fenomen. Însă oamenii de ştiinţă sunt aproape unanim de acord că aproape jumătate din energia primită de suprafaţa pământului de la soare ajunge în final să propulseze procesul de evaporare. Acum inginerii de la Institutul Federal de Tehnologie din Lausanne (EPFL), Elveţia, au descoperit cum pot utiliza energia acestui proces de evaporare prin instalaţii hidrovoltaice, care ar produce electricitate.

Foto: Aşa arată unul din dispozitivele hidrovoltaice experimentale, folosite acum în testele de laborator şi măsurări

Da, vorbim de termenul de hidrovoltaic, nu fotovoltaic, întrucât acolo volţii sunt generaţi prin lumină, iar aici — prin apă. Şi dacă până acum fenomenul teoretic al captării electricităţii din apa aflată în proces de evaporare era cumva asociat doar apei distilate, descoperirea elveţienilor de acum arată că până şi apa de robinet sau apa sărată de mare poate avea un randament apropiat de funcţionare.

Aşadar, care e principiul de funcţionare a unei instalaţii de hidroizolare? Ei bine, putem să ne gândim la sistemul capilar din interiorul plantelor, unde apa se mişcă în mod pasiv în sus, folosind o combinaţie dintre reglaje de presiune capilară din interiorul plantei şi procesul de evaporare. Exact aceeaşi forţă motrice a fost acum folosită de inginerii elveţieni.

Ei au creat o structură cu multe canale şi tuburi interioare, calibrate la dimensiuni namometrice, dar potrivite moleculelor de apă, încât să permită şi mişcarea lor. Într-o asemena instalaţie hidrovoltaică, apa poate intra printr-un canal de la baza construcţiei şi fără vreo pompare activă, ea va fi trasă se energia evaporării prin toate structurile capitale, umplându-le, iar la final evaporându-se. Partea cea mai interesantă e ce se întâmplă pe parcursul „călătoriei” apei de la bază prin capilarele instalaţiei, până ajungă să se evaporeze.

Foto: Aşa arată structura interioară a unei instalaţii hidrovoltaice, testate acum de elveţieni pentru a ajunge la parametrii corecţi

Elveţienii spun că au descoperit că dacă îngustează canalele lor nanometrice până la dimensiunea corectă, apa va transporta doar ioni de polaritate inversă faţă de polaritatea pereţilor structurii. Asta înseamnă că lichidul care trece cu ioni pozitiv prin canale cu sarcină negativă, spre exemplu, va genera electricitate cât timp are loc mişcarea.

Foto: Dimensiunea potrivită, identificată de elveţieni

Dacă acel lichid are o concentrare mai mare de ioni, şi sarcina nanodispozitivului creşte. Respectiv, la apa de robinet sau la cea de mare, care e mai salină, se pot folosi canale de dimensiuni mai mari şi se poate obţine o productivitate chiar mai mare decât la apa distilată.

Giulia Tagliabue, şefa laboratorului de la EPFL, unde echipa de ingineri şi-a făcut testele, spune că niciun studiu de până acum nu a mers atât de profund până la a crea structuri interioare pentru asemenea instalaţii hidrovoltaice, iar de forma, diametrul şi structura acestora depinde enorm randamentul final şi practic de asta depinde dacă un viitor panou hidrovoltaic ar fi viabil sau n-ar produce deloc energie. Iar marea surprindere a inginerilor a fost să descopere că randamentul poate fi asigurat pe o marjă mare de variaţie a salinităţii.

Giulia Tagliabue, conducătorarea echipei de ingineri care au făcut descoperirea

ot ea mai spune că, întrucât evaporarea are loc o variaţie mare de umiditate şi temperatură, viitoarele panouri hidrovoltaice ar putea genera electricitate şi din umiditate, dar şi noaptea, spre exemplu, spre deosebire de panourile fotovoltaice, care sunt productive doar atunci când există lumină solară. Iar asta le-ar putea face pe viitor chiar mai productive decât cele solare.

Ei bine, câtă electricitate ar putea produce un panou hidrovoltaic? Inginerii elveţieni au publicat descoperirea lor într-o lucrare de standard ştiinţific, ceea ce înseamnă că ea conţine şi cifre avansate şi măsurări din experimente reale de laborator. Iar aceste cifră indică faptul că acum, la stadiul lor iniţial, echipa de ingineri a obţinut o densitate energetică de 8 microwaţi per cm2. Cifra de 8 microwaţi înseamnă 0,000008 W. Dar, un panou fotovoltaic modern, spre exemplu, are 1,3 metri lăţime şi 2,6 metri lungime, şi poate genera între 375 W şi 500 W, sau până la 690 W în caz celor bifaciale. Asta înseamnă o suprafaţă de circa 3,38 metri pătraţi. Iar 3,38 metri pătraţi înseamnă 33.800 centimetri pătraţi. Când înmulţim 0,000008 W/cm2 cu 33.800 cm2 obţinem 270 W. Deci din prima lor descoperire şi creare a instalaţiilor hidrovoltaice, inginerii elveţieni au reuşit să obţină o densitate energetică ce ar permite ca un panou hidrovoltaic de dimensiuni standard să producă 270 W de electricitate, faţă de minim vreo 375 W din prezent ai unui panou fotovoltaic.

Acum e mai puţin, însă e surprinzător de aproape, dacă ne gândim că vorbim de o descoperire nouă, în esenţă. Şi pentru că procesul poate folosi apă sărată, elveţienii arată că el ar putea fi cooptat cu procese de desalinizare. Unde ar putea fi aplicate aceste panouri — rămâne încă de elucidat, dar elveţienii spun că diapazonul de aplicare e pur şi simplu uriaş. Iar apa folosită în aceste instalaţii e doar „în tranzit” prin ele, mergând ulterior în evaporare şi în ciclul său firesc şi natural.

Foto: Măsurări experimentale ale electricităţii produse de noile instalaţii hidrovoltaice din Elveţia