Bizarr ötlet vagy reális lehetőség? – Villamos áram a levegőből

Ha termelhetünk villamos energiát a napsugárzásból, a szélből, a vízáramlásból, miért ne lehetne a levegőben lévő nedvességből? Ráadásul az ötlet nem is új, mi több, egy korszakos zsenitől származik. A szerb (vagy horvát?) származású, de lényegében főleg az USA-ban alkotó nagy fizikus, Nikola Tesla gondolt rá már a múlt század elején.

Nekem Tesla különösen közel áll a gondolataimhoz, de még a lelkemhez is. Vetélytársa, Edison viszont annál kevésbé. Ő kiváló üzletember volt, aki rengeteg szabadalmának jelentős részét átveréssel szerezte meg. És, ráadásul, elkötelezett híve volt az egyenáramnak. Ami voltaképpen még nem baj, mert az elektrotechnika számos területén fontos alkalmazása van, ám éppen az energetikai hálózatokban a váltakozó áramnak lett döntő szerepe. Személyes élményem is volt erről. Amikor megházasodtunk, nagyon akartunk egy hűtőszekrényt. Ám a budapesti kerületben, ahol laktunk, csak egyenáram volt, mert még a háború előtt két nagy amerikai céggel kötöttek szerződést a villamosításra. A mi lakásunk pedig az Edison-érdekeltségbe esett. Már akkor ellenszenvet éreztem a csökött üzletember iránt. Szerencsére, 1960-ban a váltakozó áramra teljes átállást rendelt el a város akkori vezetése, és mi végre vásárolhattunk motoros fridzsidert. Mi mást, mint Westinghouse márkájút, hódolva Teslának?

De hogyan lehetne villamos energiát nyerni a levegőből? 

Tesla úgy képzelte, hogy a Föld és a sztratoszféra egy óriási akkumulátor két sarka lehet. Persze, akkoriban ez csak bizarr képzelgés lehetett, ám úgy tűnik, napjainkban, a globális energiaéhség korában egy sereg kutatónak megragadta a fantáziáját a hygro- (pára) villamosság, és már valós eredményeket is felmutatnak. Igaz, még nem globális léptékekben, hanem meglehetősen kicsiben.

Az Amherst városban működő Massachusetts Egyetem (népszerű rövidítésével UMass) nem tartozik a világelsők közé, de azért 26. amerikai egyetemként jó helyezése van. Most éppen a teslai álom megvalósításának úttörői lettek. Méghozzá – mint oly sokszor a természettudományok történetében – egy véletlen hiba sodorta új útra a kutatókat, még 2018-ban. 

Így emlékezik erre Jun Yao professzor, kutatásvezető: 

A nanocsövecskék igencsak pirinyók, átmérőjük kevesebb mint egy ezrede egy átlagos hajszálénak. Ahhoz azonban elég nagy, hogy a levegőből belekerülhessen egy vízmolekula, viszont elég kicsi, hogy ez a molekula belül elkezdjen ide-oda csapódni. És ez a lényeg, mert minden ütközés egy kicsinyke töltést ad a fal anyagának. Ha ez az ütődési frekvencia növekszik, a cső két végén két különböző töltés jelenik meg, vagyis olyan lesz, akár egy akkumulátor.

Yao prof. és társai tovább is léptek, és a nanocsövecskék helyett egy lapra picinyke lyukak – nanospórák – sokaságát vitték fel. Ez a „készülék” még mindig nagyon kicsi, körülbelül egy hüvelykujjkörömnyi a nagysága, és a leadott teljesítménye is pici: körülbelül egy mikrowatt. Ez a teljesítmény mindössze arra elég, hogy egy képernyőn egyetlen képpontot tudjon táplálni. Persze ezeket a lapokat egymásra lehet rakni, összekapcsolva őket, és ekkor már nagyobb fogyasztókat is el tudnak látni villamos energiával.

Itt lépett be egy másik csapat Szvitlana Ljubcsik professzor asszony vezetésével. Ő és csapata részese egy nemzetközi, igen szépen dotált projektnek is. Ennek célja, hogy a légkörben található nedvességből megújuló energiát nyerjenek. A professzor és két fia, Andrij és Szergij már egy startupvállalatot is létrehoztak. Eleinte nem jártak nagy sikerrel, amikor ötleteiket konferenciákon előadták. A résztvevők inkább kinevették őket, mint befogadták volna az ötleteiket. Így emlékezik erre Yao prof.: „A kapott jel igen kicsi volt, és ráadásul instabil is. Mintegy 300 milliwattot tudtunk produkálni, és ehhez tüdőnk minden erőfeszítésére szükségünk volt, hogy lélegzetünkkel elég nedvességet juttassunk a bemutatott mintába.”

Jövőre jöhet a prototípus

Ám azóta már sikereket értek el, amit a nemzetközi projektekből kapott 5,5 millió euró is segített. Ennek eredménye egy 4 centiméter átmérőjű, vékonyka lap, amely 5 volt feszültségen mintegy 10 milliwatt teljesítményt tud generálni. Ám ha ezekből húszezret összekapcsolnak, már mintegy 10 kilowattóra energiát tudnak termelni, ami elég egy átlagos háztartás ellátására. Szép eredménynek tűnik, hogy a kutatók szerint jövőre már prototípust fognak bemutatni. Persze jó sok probléma kíséri még a fejlesztést. Egyebek között a levegőből kinyert nedvesség tisztasága, baktériummentességének biztosítása is, ami nyilvánvalóan nagyon lényeges, ha például a jövőben ilyen berendezést majd az otthonokban is fognak használni. És a költségek sem elhanyagolhatók. 

Tegyük hozzá, voltaképpen minden új műszaki megoldás, alkalmazás drága eleinte, de amint nő az alkalmazások száma, az árak erősen csökkennek. A költségeket mindenesetre erősen ellensúlyozzák a környezetvédelmi, „zöld” előnyök, amelyek akár költségvetési hozzájárulásokat is vonzhatnak. Még az is megtörténhet – állítja Ljubcsik profeszor –, hogy pár év múlva a hidroelektromosság akár versenytársa lehet más megújulóknak, például a nap- és szélenergiának. Hiszen nagy előnye, hogy akkor is működőképes, amikor ezek nem, amikor éjszaka van, vagy nagyon sűrű felhők borítják az eget, vagy a másik esetben ha napokig nem, vagy csak alig fúj a szél.