Şi ploaia produce curent electric!

Vibraţiile create de picăturile care cad pe un material „sensibil“ generează kilowaţi

Căutând surse de energie nepoluante, oamenii de ştiinţă analizează de zor toate fenomenele naturii şi încearcă să producă energie electrică în cele mai inedite moduri.

Abandonarea combustibililor fosili presupune folosirea eficientă a tuturor celorlalte opţiuni, mai puţin rentabile, dar aflate în cantităţi nelimitate la îndemâna omului. După utilizarea energiei apei, a vântului şi a valurilor, a venit momentul să „recoltăm“ şi energia ploii. Patru francezi au deschis acest drum cu o folie de plastic şi doi electrozi.

Cercetătorii nu s-au îndoit niciodată că energia cinetică a picăturilor de ploaie poate fi transformată în electricitate. Problema a fost, întotdeauna, eficienţa  procesului tehnologic ales. Când însă metoda a rezultat dintr-un proces de îmbunătăţire a unor aparate de utilitate casnică precum cele de aer condiţionat, curentul electric obţinut a fost considerat un „bonus“ bine-venit.

Picăturile de apă care rezultă în urma răcirii aerului dintr-o încăpere provin din aburii expiraţi de oameni, plante şi animale. Ventilatorul aparatului de aer condiţionat antrenează aceşti aburi, îi condensează şi apoi îi elimină în afara casei, sub formă de picături. Zgomotul produs de căderea acestora trebuie să fi bulversat deja visele a milioane de oameni, dar abia când a deranjat un veritabil fizician s-a produs o invenţie. Romain Guigon, un cercetător francez de la Institutul CEA Leti-Minatec, din Grenoble, a venit într-o zi nervos la serviciu şi a propus această temă de cercetare: „Ce facem cu picăturile care cad din aparatul de aer condiţionat?“.

Vibraţiile produc mişcarea electronilor

Trei dintre colegii săi, Jean-Jacques Chaillout, Thomas Jager şi Ghislain Despesse, au interpretat greşit întrebarea şi s-au apucat să facă o listă cu metodele ce s-ar putea folosi pentru a recupera energia pierdută prin apa evacuată din încăperi. Fiind vorba de o curgere de apă, gândul le-a fugit întâi către o minihidrocentrală. Apa cade, învârte o rotiţă şi produce curent. Dar întreruperile stricau jucăria, făcând-o ineficientă. Dacă ar fi putut transforma vibraţia unui material elastic într-o deplasare liniară a electronilor, s-ar fi obţinut un curent alternativ cât de cât acceptabil. Dar, pentru a „recolta“ vibraţia, era nevoie de un material special.

Curent electric prin deformare mecanică

Soluţia aleasă de echipa lui Guigon se numeşte PVDF (poli 1-1 difluoretenă), un polimer recunoscut ca fiind foarte rezistent la solvenţi, folosit în industrie pentru a proteja diverse instalaţii electrice împotriva mediilor acide sau bazice. Acest material are şi o interesantă proprietate piezoelectrică: produce descărcări  electrice  atunci când este deformat mecanic.

Cercetătorii din Grenoble au introdus nişte electrozi într-o folie de PVDF, groasă de numai 25 de micrometri. Apoi au „bombardat“ folia cu picături de apă, de diverse mărimi, de la 1 până la 5 milimetri diametru. Când o picătură lovea folia, aceasta se deforma sub forţa impactului şi producea o mică descărcare electrică, sesizată de electrozi.

Îndesind picăturile, folia a produs destul curent cât să aprindă un bec de o sută de waţi! Măsurând puterea electrică generată, oa­menii de ştiinţă au constatat că picăturile mari produc fiecare câte 12 miliwaţi, ceea ce înseamnă că sunt necesare cam 10.000 de picături pentru a aprinde un bec puternic. Chiar şi o ploaie slăbuţă, cu picături mici şi încetinite de vânt, poate să producă un microwatt.

Fără zgomot şi cu mari speranţe

Romain Guigon a povestit reporterului de la revista americană „New Scientist” că această formă de energie este cât se poate de ecologică, întrucât nu produce emisii poluante sau gaze cu efect de seră.
 
Dar, ce-i drept, necesită instalarea unor umbrele din PVDF în grădină, care ar produce curentul necesar frigiderului şi câtorva becuri pe timp de ploaie. „Cam puţin... Dar măcar am scăpat de picăturile de apă care ies din aparatul de aer condiţionat. Am pus la punct un dispozitiv care transformă energia picăturii în curent electric, acesta încinge o sârmă şi apa este, din nou, vaporizată“, explică el amuzat.

Dincolo de glumă, invenţia francezilor a fost foarte bine primită de producătorii de panouri solare, care iau în serios acest fenomen, întrucât el poate asigura un curent minim, de întreţinere, atunci când plouă şi instalaţia de captare a energiei solare se opreşte. Ideea de a folosi folii transparente de PVDF în loc de sticlă a deschis o întreagă linie de cercetare şi oamenii de ştiinţă îşi pun mari speranţe în energia picăturilor de ploaie. Cu ajutorul ei, se pot alimenta mici dispozitive electrice de supraveghere sau orice alte aparate cu consum redus.

Oscilaţiile armonizate ar fi mai eficiente

Profesorul de mecanică Dan Inman, şeful Centrului de Cercetare a Materialelor Inteligente din cadrul Universităţii din Virginia, spune că cei patru francezi nu trebuie să se lase descurajaţi de rezultatele, aparent slabe, obţinute la primele măsurători.

„Au nevoie de un mic program computerizat, care să armonizeze mişcarea foliei cu intensitatea ploii, astfel încât să stoarcă maximum de curent din invenţia lor.

Sunt convins că ar obţine rezultate demne de pus în practică, întrucât energia picăturilor de ploaie ce cad pe un metru pătrat de suprafaţă este mult mai mare decât curentul obţinut de ei. Fiind o singură folie, vibraţiile produse de o picătură sunt brusc întrerupte de o alta, care cade în apropiere. Aici au o problemă de rezolvat, dar ideea este foarte interesantă. O umbrelă cu lanternă, de pildă, m-ar interesa şi pe mine“, spune profesorul Inman.

O folie subţire de polimer se deformează din cauza picătrilor şi produce curent electric