Πλωτοί Γεννήτες Νερού Μετατρέπουν τη Βροχόπτωση σε Ανανεώσιμη Ενέργεια

Η ζήτηση ενέργειας αυξάνεται γρήγορα. Το 2024, αυτός ο κόσμος κατέγραψε άλμα 4,3 % στη ζήτηση ηλεκτρισμού. Αυτό ήταν πολύ μεγαλύτερη αύξηση από το 2,5 % που καταγράφηκε το προηγούμενο έτος, το οποίο ήταν κοντά στον μέσο ρυθμό ανάπτυξης της ζήτησης ηλεκτρισμού μεταξύ 2010 και 2023.

Αυτή η αύξηση οφείλεται κυρίως στην τεράστια ανάπτυξη των κέντρων δεδομένων λόγω της έκρηξης της υιοθέτησης της τεχνητής νοημοσύνης και των ηλεκτρικών οχημάτων, με τη βιομηχανική επέκταση και την αυξημένη χρήση κλιματισμού να συμβάλλουν επίσης σημαντικά.

Ενώ τα ορυκτά καύσιμα αποτελούσαν πάνω από το ήμισυ (σχεδόν 60 %) της παραγωγής ηλεκτρισμού πέρυσι, με τον άνθρακα να παραμένει η μεγαλύτερη πηγή στον κόσμο, το ενεργειακό μείγμα στην πραγματικότητα αλλάζει. Σύμφωνα με το IEA, για πρώτη φορά στην ιστορία, η παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και πυρηνική ενέργεια αντιπροσώπευε δύο πέμπτα της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής το 2024. 

Οι ανανεώσιμες πηγές, ιδιαίτερα, ευθύνονταν για το ένα τρίτο της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρισμού. Μεταξύ των ανανεώσιμων πηγών, η υδροηλεκτρική ηγεμονεί με μερίδα 14 % της συνολικής παραγωγής ηλεκτρισμού, ακολουθούμενη από τον άνεμο με 8 %, την ηλιακή φωτοβολταϊκή ενέργεια με 7 % και τη βιοενέργεια και τα απόβλητα με μόλις 3 %.

Παρόλο που αποτελεί σημαντική εξέλιξη προς την καθαρή ενέργεια, η συμβολή των ανανεώσιμων πηγών στην παγκόσμια παραγωγή ενέργειας παραμένει χαμηλή. Έτσι, για να βοηθήσουμε να επιταχύνουμε αυτή τη μετάβαση σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει νέες τεχνολογίες μετατροπής ενέργειας ώστε να καλύψουν τις αυξανόμενες απαιτήσεις για καθημερινή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. 

Συστήματα που συλλέγουν ενέργεια απευθείας από το περιβάλλον, ιδίως, μπορούν να βοηθήσουν στην αύξηση της χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Υδροβολταϊκά: Μετατρέποντας τη Βροχή και τους Κύκλους του Νερού σε Ηλεκτρισμό

Το νερό είναι ένα κρίσιμο στοιχείο της ζωής. Δεν αποτελεί μόνο μεγάλο μέρος του σώματός μας, αλλά και μεγάλο μέρος της Γης. Καλύπτοντας το 70 % του πλανήτη μας, το νερό είναι ο πιο άφθονος πόρος, και περιέχει μια σημαντική ποσότητα ενέργειας σε διάφορες μορφές, από τις οποίες η πλειονότητα παραμένει σε μεγάλο βαθμό αχρησιμοποίητη.

Ένας από τους τρόπους με τους οποίους αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται είναι μέσω υδροηλεκτρικής ενέργειας, η οποία συμπεριλαμβάνει τη χρήση της φυσικής ροής του κινούμενου νερού για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Ένας ακόμη ισχυρός τρόπος εκμετάλλευσης της ενέργειας από τον φυσικό κύκλο του νερού είναι μέσω της τεχνολογίας υδροβολταϊκών. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες, που εκμεταλλεύονται την κινητική ενέργεια του νερού, η τεχνολογία υδροβολταϊκών παράγει ηλεκτρισμό από την άμεση αλληλεπίδραση ενός υλικού ηλεκτροδίου με το νερό. 

Η τεχνολογία υδροβολταϊκών επιτρέπει στην πραγματικότητα την ανάπτυξη χαμηλού κόστους και υψηλής απόδοσης συστημάτων που μπορούν να μετατρέπουν άμεσα την θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω της αλληλεπίδρασης του νερού με νανοϋλικά όπως το γραφένιο, οι ανθρακικές νανοσωλήνες, τα ανθρακικά νανοσωματίδια και τα αγώγιμα πολυμερή.

Η ενέργεια που μετατρέπεται εδώ παράγεται από την σταγόνα, τη ροή, τις διακυμάνσεις, τη συμπύκνωση ή την εξάτμιση, και αυξάνει σημαντικά την ισχύ εξόδου. Η έρευνα αναφέρει¹ ότι η χρήση μόνο του 1 % της διαθέσιμης ενέργειας στο παγκόσμιο νερό με μόλις 1 % απόδοση μέσω της τεχνολογίας υδροβολταϊκών μπορεί να καλύψει το 1/3 των παγκόσμιων ενεργειακών αναγκών.

Ως εκ τούτου, οι συσκευές που βασίζονται σε αυτήν την αναπτυσσόμενη τεχνολογία είναι κρίσιμες για την ικανοποίηση της ζήτησης του ενεργειακά απαιτητικού κόσμου χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Αυτό οδήγησε σε εκτεταμένη έρευνα για γεννήτριες ενέργειας σταγόνας, έναν τύπο τεχνολογίας υδροβολταϊκών που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια των σταγόνων νερού όπως οι σταγόνες βροχής σε ηλεκτρισμό. Ωστόσο, περιορισμοί στην τρέχουσα τεχνολογία δεν την έχουν επιτρέψει να μετατρέπει αποτελεσματικά την ενέργεια που περιέχεται στο νερό σε ηλεκτρική ενέργεια.

Για παράδειγμα, μια παραδοσιακή γεννήτρια ενέργειας σταγόνας βασισμένη στο τριβοηλεκτρικό φαινόμενο, το οποίο δημιουργεί ηλεκτρικό φορτίο όταν δύο διαφορετικά υλικά έρχονται σε επαφή και στη συνέχεια απομακρύνονται, μπορεί να παράγει ηλεκτρισμό όταν μια σταγόνα χτυπά μια επιφάνεια. Ωστόσο, το διασυνοριακό φαινόμενο περιορίζει τον αριθμό των φορτίων που παράγονται στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα σχετικά χαμηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας.

Έτσι, μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε μια νέα «γεννήτρια ενέργειας σταγόνας ενσωματωμένη στο νερό» που παράγει υψηλή απόδοση ενώ επιπλέει σε επιφάνειες, προσφέροντας μια ματιά στην επόμενη γενιά ελαφριών, υψηλής απόδοσης συσκευών. Σύμφωνα με τη μελέτη:

“Προσδοκούμε ότι αυτή η εργασία θα ανοίξει ένα νέο μονοπάτι εκμετάλλευσης υλικών που μοιάζουν με το νερό για την κατασκευή υδροβολταϊκών συσκευών και θα προωθήσει εφαρμογές μεγάλης κλίμακας χωρίς γη.”

Αλλά πριν εμβαθύνουμε σε αυτή την έρευνα, ας ρίξουμε πρώτα μια ματιά στο τι έχει συμβεί σε αυτόν τον χώρο.

Κατάσταση της Τεχνολογίας στις Γεννήτριες Ενέργειας Σταγόνας (DEG)

Οι κινούμενες σταγόνες νερού όπως οι σταγόνες βροχής είναι διαδεδομένες και μεταφέρουν σημαντική ποσότητα κινητικής ενέργειας, η οποία δείχνει υποσχόμενη για βιώσιμη παραγωγή ηλεκτρισμού. Για την εκμετάλλευση της κινητικής ενέργειας των σταγόνων νερού, οι ερευνητές έχουν εστιάσει τις προσπάθειές τους στις DEG.

Η γεννήτρια ενέργειας σταγόνας (DEG) είναι μια ισχυρή τεχνολογία και έχει δείξει υποσχόμενη ως αποδοτικός τρόπος εκμετάλλευσης ενέργειας από το φυσικό περιβάλλον. 

Χρησιμοποιεί τις πέφτουντες σταγόνες νερού για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Συνήθως, αποτελείται από δύο τριβοηλεκτρικά στρώματα και ένα ζεύγος ηλεκτροδίων, όπου τα φορτία διαχωρίζονται καθώς μια σταγόνα νερού προσκρούει στην επιφάνεια και στη συνέχεια κυλάει μακριά. 

Το χαμηλό κόστος, η απλή δομή και η υψηλή πυκνότητα ισχύος των DEG έχουν τα κάνει δημοφιλή μεταξύ των ερευνητών για την εκμετάλλευση της κινητικής ενέργειας από περιβαλλοντικές πηγές νερού. 

Ωστόσο, η ευρεία εφαρμογή εμπόδίζεται από την πολύπλοκη δομή και τη χαμηλή πυκνότητα ισχύος εξόδου. Η εφαρμογή τους περιορίζεται σε χερσαίες χρήσεις, καθιστώντας τα μη πρακτικά για λίμνες, ποτάμια και ωκεανούς.

Άλλες προκλήσεις των DEG περιλαμβάνουν σημαντική υποβάθμιση της απόδοσης με την πάροδο του χρόνου σε ενσωματωμένα συστήματα, προβλήματα ανθεκτικότητας υλικού και το μεγάλο χωρικό αποτύπωμα που απαιτείται για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.

Σύρετε για κύλιση →

Έτσι, η έρευνα συνεχίζεται με έμφαση στη βελτίωση της απόδοσης μέσω καλύτερων σχεδίων, χρήσης του φυσικού νερού ως μέρος της δομής, ή βελτιστοποίησης υλικών, με πρόσφατες καινοτομίες που δημιουργούν ελαφριά, οικονομικά αποδοτικά και ακόμη και επιπλέον επιπλέον επιπλέον συσκευές.

Πριν λίγα χρόνια, μια ομάδα ερευνητών από το City University of Hong Kong (CityU) ανάπτυξε² μια DEG με δομή παρόμοια με τρανζίστορ πεδίου (FET) που πέτυχε υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας. Η στιγμιαία πυκνότητα ισχύος της ήταν πολύ υψηλότερη, περίπου χιλιάδες φορές υψηλότερη, από τις αντίστοιχες χωρίς δομή FET-like. 

Η εργασία τους είχε δύο βασικούς παράγοντες· ένας ήταν η ανακάλυψη ότι όταν συνεχόμενες σταγόνες νερού προσκρούουν στην επιφάνεια του πολυτετραφθοροεθειλενίου (PTFE), ενός διαβήματος με σχεδόν μόνιμο ηλεκτρικό φορτίο, τα φορτία στην επιφάνεια συσσωρεύονται και φτάνουν σταδιακά στον κορεσμό. Αυτό βοήθησε την ομάδα να ξεπεράσει την προηγούμενη χαμηλή πυκνότητα φορτίου παρέχοντας έναν νέο τρόπο συσσώρευσης και αποθήκευσης υψηλής πυκνότητας επιφανειακών φορτίων.

Ο άλλος παράγοντας ήταν το σχέδιό τους, του οποίου το κεντρικό χαρακτηριστικό ήταν ένα μοναδικό σύνολο δομών παρόμοιο με FET. Η συσκευή αποτελείται από ένα αλουμινένιο ηλεκτρόδιο και ένα PTFE/ITO ηλεκτρόδιο, που περιλαμβάνει ένα ηλεκτρόδιο από Indium Tin Oxide (ITO) με μια μεμβράνη PTFE επάνω του. Όταν μια σταγόνα χτυπά την επιφάνεια PTFE/ITO και απλώνεται, γεφυρώνει και τα δύο ηλεκτρόδια, μετατρέποντας το σύστημα σε κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα.

Το σχέδιο επέτρεψε υψηλή πυκνότητα επιφανειακών φορτίων να συγκεντρωθούν στο PTFE. Και όταν το απλωμένο νερό συνδέει τα δύο ηλεκτρόδια, τα αποθηκευμένα φορτία στο PTFE απελευθερώνονται πλήρως για να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Ενώ το σχέδιο του CityU επικεντρώθηκε στην ενίσχυση της συσσώρευσης φορτίου, μια άλλη ομάδα από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών απλούσε την αρχιτεκτονική της DEG για να την κάνει πιο κλιμακώσιμη.

Η ομάδα των Κινέζων ερευνητών πρότεινε³ μια DEG με απλή ανοιχτή δομή για να αξιοποιήσει πλήρως το φαινόμενο αυτο-χωρητικότητας του άνω ηλεκτροδίου και να προωθήσει την ευρύτερη εφαρμογή της.

Το θέμα είναι, είναι δύσκολο να παρέχεται συνεχής ενέργεια για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό από μία ή μερικές DEG. 

Όπως σημείωσε η ομάδα, όταν εκμεταλλεύεται ενέργεια από μεγάλες σταγόνες βροχής σε κλίσεις κτιρίων όπως αποθήκες, μια απλή μέθοδος είναι η παράλληλη σύνδεση όλων των DEG για τροφοδοσία του φορτίου, όπως ένα λαμπάκι. Έτσι, με αναφορά στη δομή κυψέλης ενός ηλιακού πάνελ και αξιοποιώντας πλήρως το φαινόμενο αυτο-χωρητικότητας του άνω ηλεκτροδίου, εισήγαγαν το SCE-DEG με απλή ανοιχτή δομή, το οποίο είναι κυρίως κατασκευασμένο από άνω και κάτω ηλεκτρόδιο, μεμβράνη PTFE και φορτίο. 

Τα ηλεκτρόδια εδώ δεν χρειάζεται να συνδεθούν μεταξύ τους, αλλά η υψηλή στιγμιαία ισχύς μπορεί ακόμη να παραχθεί από το φαινόμενο αυτο-χωρητικότητας του άνω ηλεκτροδίου, κάνοντας τη δομή πολύ πιο απλή και βολική για μαζική εξάπλωση.

Σε δοκιμές, μπόρεσε να παραγάγει 212 mW ισχύ εξόδου με μια σταγόνα νερού 61 μL και να φωτίσει 100 εμπορικά LED.

Πρόσφατα, ερευνητές από το KTH Royal Institute of Technology, Σουηδία, προσαρμόσαν⁴ τα κάτω ηλεκτρόδια της DEG ώστε το μέγεθός τους να ταιριάζει με την επιφάνεια εξάπλωσης των προσκρούσων σταγόνων νερού, διπλασιάζοντας την μέση ισχύ των μεμονωμένων κυψελών.

Η ομάδα επίσης κατασκεύασε μεγάλης κλίμακας (30-κυψέλες) αρωματικά που πέτυχαν περίπου 2,5 φορές μεγαλύτερη ισχύ από τις κορυφαίες αρωματικές αρωματικές. Επιπλέον, ενσωμάτωσαν μια μεγάλη (400-κυψέλες) σειρά μικρο-υπερχωρητών (MSC) για την αποθήκευση του ηλεκτρισμού που παράγεται από τη σειρά των 30-κυψέλων με απόδοση 21,8 %, χωρίς χρήση τσιπ διαχείρισης ενέργειας.

Αυτή η ενσωμάτωση δημιουργεί ένα αυτοφορτιστικό σύστημα ενέργειας (SCPS) με ισχύ εξόδου 81,2 μW. 

Αφού η σειρά των 30-κυψέλων DEG φορτίσει τη σειρά των 400-κυψέλων MSC για μόλις 30 δευτερόλεπτα, το ενσωματωμένο SCPS μπορεί να τροφοδοτήσει ένα LED για συνεχή λειτουργία 60 δευτερολέπτων, «υποδεικνύοντας την υπόσχεση της στρατηγικής ενσωμάτωσης μεγάλων DEG αρωμάτων με μεγάλες υπεργρήγορες MSC αρωματικές για την κατασκευή SCPS για υψηλής απόδοσης εκμετάλλευση ενέργειας από φυσικό νερό προς πρακτικές εφαρμογές».

Floating W-DEG: Ένα Ελαφρύ, Οικονομικό Μονοπάτι για Ενέργεια από Βροχή

Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Αεροναυπηγικής και Διαστημικής Nanjing έχουν αναπτύξει μια νέα λύση, μια επιπλέον DEG που χρησιμοποιεί το φυσικό νερό ως βασικό στοιχείο της δομής της, παρέχοντας έτσι ένα ελαφρύ, προσιτό και φιλικό προς το περιβάλλον μονοπάτι για παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας.

Αντί να έχει μια διαβρωτική μεμβράνη πάνω σε μια στερεή βάση με μεταλλικό ηλεκτρόδιο από κάτω, ο νέος σχεδιασμός έχει το νερό να λειτουργεί τόσο ως βάση στήριξης όσο και ως αγώγιμο ηλεκτρόδιο. Αυτή η προσέγγιση, αρχιτεκτονική ηλεκτροδίου‑διαβρωτικού‑νερού, μειώνει τόσο το βάρος υλικού όσο και το κόστος κατά 87 % και 50 %, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τα παλαιότερα μοντέλα, διατηρώντας παρόμοιο επίπεδο ηλεκτρικής εξόδου και δείχνοντας εξαιρετική ανθεκτικότητα σε διαφορετικά περιβάλλοντα λειτουργίας. 

Δημοσιεύτηκε στο National Science Review⁵, η μελέτη περιγράφει τη διαδρομή «ενσωμάτωσης με τη φύση» που οδήγησε στην ανάπτυξη μιας νέας, ενσωματωμένης στο νερό, επιπλέον DEG (W‑DEG) που αξιοποιεί τις ηλεκτρικές και δομικές λειτουργίες του νερού.  

Η λειτουργία είναι η εξής: όταν σταγόνες βροχής, μια πηγή γλυκού νερού που μεταφέρει αχρησιμοποίητη ενέργεια, προσκρούουν στην επιπλέον διαβρωτική επιφάνεια, μια μεμβράνη φθοριούχου αιθυλενίου προπυλενίου (FEP) αντιδρά αμέσως. Λόγω της χημικής αδρανείας, η λεπτή μεμβράνη FEP αντέχει σε ακραίες διακυμάνσεις θερμοκρασίας, διάβρωση και ανάπτυξη άλγης και βακτηρίων.

Καθώς η σταγόνα απλώνεται, δημιουργεί ένα ρεύμα ιόντων, προκαλώντας μεταφορά φορτίου μεταξύ της άνω περιοχής και της κάτω περιοχής, παράγοντας μια πολύ μικρή ποσότητα ηλεκτρισμού. Η επιφάνεια επαναφέρεται όταν η σταγόνα αναπηδά.

Οι φυσικές ιδιότητες του νερού εδώ παρέχουν τη μηχανική σταθερότητα που απαιτείται για την απορρόφηση του κτυπήματος και την αποτελεσματική απλώση των σταγόνων, χωρίς κάμψη ή θραύση. 

Αυτές οι φυσικές ιδιότητες περιλαμβάνουν ισχυρή επιφανειακή τάση και ασυμπίεστη φύση. Το νερό θεωρείται σχεδόν ασυμπίεστο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν συμπιέζεται πολύ υπό πίεση. Παράλληλα, η ισχυρή συνοχή μεταξύ των μορίων του νερού, που προκαλείται από δεσμούς υδρογόνου, δημιουργεί ισχυρή επιφανειακή τάση.

Τα ιόντα μέσα στο νερό, εν τω μεταξύ, λειτουργούν ως φορείς φορτίου, επιτρέποντάς του να λειτουργεί ως αξιόπιστο ηλεκτρόδιο. 

Συνολικά, αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν στον επιπλέον γεννήτρια να παράγει κορυφαίες τάσεις περίπου 250 βολτ ανά σταγόνα, συγκρίσιμες με την απόδοση των παραδοσιακών στερεών σχεδίων που χρησιμοποιούν μέταλλο.

Ο σχεδιασμός είναι επίσης ανθεκτικός· δοκιμές έδειξαν ότι η γεννήτρια διατήρησε την απόδοση σε διαφορετικές συνθήκες, συμπεριλαμβανομένων διαφόρων συγκεντρώσεων αλατιού (μέχρι 500 mM χλωριούχο νάτριο), θερμοκρασιών, ακόμη και έκθεσης σε εξωτερικό νερό λίμνης με βιοαπόθεση —ένα σημαντικό πρόβλημα για θαλάσσιες συσκευές.

Ενώ πολλές ενεργειακές συσκευές υποβαθμίζονται σε σκληρά περιβάλλοντα, η επιπλέον γεννήτρια συνεχίζει να λειτουργεί σταθερά λόγω της ανθεκτικότητας της δομής βασισμένης στο νερό και της χημικής αδρανείας της διαβρωτικής στρώσης.

Σε δοκιμές σε πολύ αλμυρό νερό, η γεννήτρια διατήρησε τη λειτουργικότητά της μετά από μια εβδομάδα ανάπτυξης. Και αν κάποιο σκουπίδι κατανεμηθεί πάνω της, ο απλός καθαρισμός την επιστρέφει στην μέγιστη απόδοση.

Για να αυξήσουν περαιτέρω τη σταθερότητα της συσκευής, η ομάδα εκμεταλλεύτηκε την υψηλή επιφανειακή τάση του νερού για να σχεδιάσει οπές αποστράγγισης που επιτρέπουν στο νερό να προχωρά προς τα κάτω μόνο σε μία κατεύθυνση. Έτσι, χρησιμοποιώντας τη βαρύτητα και την επιφανειακή τάση, η ομάδα μπορεί να μειώσει τη συσσώρευση μολυσματικών ουσιών και να το διατηρήσει καθαρό, δημιουργώντας έτσι ένα αυτό-ρυθμιζόμενο σύστημα απομάκρυνσης τυχόν υπερβολικών σταγόνων. Αυτό αποτρέπει τη συσσώρευση νερού, η οποία θα μπορούσε να μειώσει την απόδοση.

Άλλο ένα βασικό στοιχείο του floating W‑DEG είναι η κλιμακωσιμότητα. Με μέγεθος 0,3 m², οι ερευνητές παρουσίασαν μια πολύ μεγαλύτερη γεννήτρια σταγόνας από ό,τι οι προηγούμενες αναφορές έχουν. Κάθε από αυτές τις γεννήτριες παράγει ~250 β ολτ ανά σταγόνα, και μπορούν να τροφοδοτήσουν 50 LED ταυτόχρονα.

Επιπλέον, το σύστημα μπόρεσε επίσης να φορτίσει πυκνωτές σε χρήσιμες τάσεις μέσα σε λίγα λεπτά. Η ομάδα δοκίμασε 10 συσκευές W‑DEG και προσομοίωσε βροχή χρησιμοποιώντας 120 ψεύτικους βροχογόνους, κατόπιν φόρτισε τον πυκνωτή σε τρία βολτ, δείχνοντας το δυναμικό του να τροφοδοτήσει ασύρματα αισθητήρια και μικρά ηλεκτρονικά. 

Με περαιτέρω ανάπτυξη, αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εκμετάλλευση ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας από λίμνες, δεξαμενές ή παράκτιες περιοχές χωρίς να καταλαμβάνουν πολύτιμους χερσαίους πόρους.

«Αφήνοντας το νερό να παίζει και ρόλο δομικό και ηλεκτρικό, ξεκλειδώσαμε μια νέα στρατηγική για τη γεννήτρια ενέργειας σταγόνας που είναι ελαφριά, οικονομική και κλιμακώσιμη», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης, καθηγητής Wanlin Guo. «Αυτό ανοίγει το δρόμο για υδροβολταϊκά συστήματα χωρίς γη που μπορούν να συμπληρώσουν άλλες ανανεώσιμες τεχνολογίες όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.»

Σε περιοχές που βιώνουν συχνή βροχόπτωση, η επιπλέον γεννήτρια ενέργειας σταγόνας θα μπορούσε να προσφέρει μια κατανεμημένη ενεργειακή λύση που τροφοδοτεί εφαρμογές εκτός δικτύου ή συμπληρώνει τα τοπικά δίκτυα. 

Σε σύγκριση με μια παραδοσιακή γεννήτρια σταγόνας, η οποία κοστίζει περίπου 210 γιουάν (περίπου 29,50 $) ανά τετραγωνικό μέτρο και ζυγίζει πάνω από τέσσερα κιλά (περίπου 8,818 lb), η επιπλέον έκδοση της ομάδας κοστίζει περίπου 106 γιουάν (λιγότερο από 15 $) και ζυγίζει μόνο 0,5 κιλά (1,1 lb).

Εκτός από τη συλλογή βρόχινου νερού, η συσκευή μπορεί να έχει και άλλες εφαρμογές χάρη στη δυνατότητα να επιπλέει φυσικά στην επιφάνεια του νερού. Για παράδειγμα, μπορεί να τοποθετηθεί σε διάφορα υδάτινα περιβάλλοντα για την τροφοδοσία συστημάτων περιβαλλοντικής παρακολούθησης όπως αισθητήρες που παρακολουθούν τη ρύπανση, την ποιότητα του νερού ή την αλατότητα. 

Ο «σχεδιασμός ενσωμάτωσης με τη φύση», όπου το φυσικά αφθονισμένο υλικό χρησιμοποιείται ως λειτουργικό στοιχείο, θα μπορούσε επίσης να εμπνεύσει νέες προσεγγίσεις σε οικο‑βασισμένες τεχνολογίες.

Αλλά πριν η συσκευή μπορέσει να αναπτυχθεί σε μεγάλη κλίμακα, υπάρχουν προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν πρώτα. Το διαφορετικό μέγεθος και η ταχύτητα των πραγματικών σταγόνων βροχής σημαίνει ότι η απόδοση της της συσκευής μπορεί να επηρεαστεί. Επιπλέον, απαιτείται περαιτέρω μηχανική για να εξασφαλιστεί η ανθεκτικότητα και η διάρκεια ζωής των μεγάλων διαβρωτικών μεμβράνων σε δυναμικές εξωτερικές συνθήκες. 

Παρά αυτές τις προκλήσεις, τα εργαστηριακά αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά, και η επίδειξη ενός αποδοτικού, ανθεκτικού και κλιμακώσιμου πρωτοτύπου σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς τις πρακτικές εφαρμογές του ενσωματωμένου στο νερό floating DEG (W‑DEG).

Επένδυση στην Τεχνολογία Συλλογής Νερού

Xylem (XYL ) είναι μια παγκόσμια εταιρεία τεχνολογίας νερού που εστιάζει στη έξυπνη διαχείριση νερού, ενσωματώνοντας αισθητήρες, παρακολούθηση και συστήματα ροής νερού.

Το τμήμα Υποδομής Νερού προσφέρει προϊόντα όπως εξοπλισμό επεξεργασίας, νερό, αποχετευτικό νερό και αντλίες και ελεγκτές βροχόπτωσης. Το τμήμα Εφαρμοσμένου Νερού καλύπτει προϊόντα συμπεριλαμβανομένων αντλιών, βαλβίδων, εναλλακτήρων θερμότητας και εξοπλισμού χορήγησης, ενώ το τμήμα Λύσεων Μέτρησης & Ελέγχου (MCS) αναπτύσσει προχωρημένες λύσεις για έξυπνη χρήση κρίσιμων πόρων, καθώς και αναλυτικό εξοπλισμό για δοκιμές νερού. Το τμήμα Ενσωματωμένων Λύσεων & Υπηρεσιών παρέχει εξοπλιστικά συστήματα για βιομηχανίες και δήμους.

Η Xylem επίσης αξιοποιεί την τεχνητή νοημοσύνη για την παρακολούθηση της ροής νερού και την ανίχνευση διαρροών σε πραγματικό χρόνο. Αυτό επιτρέπει την έγκαιρη ανίχνευση προβλημάτων και τη γρήγορη διόρθωσή τους, εξοικονομώντας νερό και μειώνοντας το κόστος.