Ta sama niewidoczna para wodna, która rano osiada rosą na trawie, może stać się źródłem prądu działającym dzień i noc – także wtedy, gdy nie świeci słońce i nie wieje wiatr. Europejski projekt CATCHER sprawdza, jak zamieniać wilgoć z powietrza w energię elektryczną, i pokazuje, jak długą drogę przechodzi nowe źródło energii: od pomysłu i teorii do tysięcy godzin testów – a na końcu możesz sprawdzić, czy energia przyszłości to temat dla Ciebie.
Słońce i wiatr są dziś filarami zielonej energetyki, ale mają wspólną słabość: nie zawsze są dostępne. Noc, pochmurne niebo czy bezwietrzny dzień oznaczają przerwy w produkcji prądu. Dlatego naukowcy i przemysł szukają kolejnych źródeł, które mogłyby je uzupełnić. Jednym z nich jest zasób, z którym każdy ma kontakt przy każdym oddechu – wilgoć atmosferyczna, czyli niewidoczna para wodna obecna w powietrzu.
Pomysł brzmi prosto, ale jego realizacja już nie. Bezpośrednie przekształcanie wilgoci pobranej z powietrza w energię elektryczną wiąże się z szeregiem wyzwań technicznych, nad którymi pracują europejscy badacze.
CATCHER to projekt wspierany przez Europejską Radę ds. Innowacji (EIC), realizowany od kwietnia 2022 do marca 2026 roku. Koordynowała go portugalska instytucja COFAC, związana z Uniwersytetem Lusófona. Na czele prac stała Svitlana Lyubchyk, adiunktka tej uczelni i koordynatorka projektu.
Zespół nie zaczynał od zera – udoskonalał technologię opracowaną wcześniej. Celem było przybliżenie jej do wdrożenia na większą skalę, z wykorzystaniem dużej liczby pojedynczych konwerterów, a docelowo – do połączenia z europejską siecią energetyczną. „Szerszą potrzebą było ustalenie wiarygodnej ścieżki ku przyszłej, autonomicznej technologii konwersji wilgoci na energię elektryczną oraz uzupełnienie konwencjonalnych technologii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa” – mówi Svitlana Lyubchyk.
Sercem technologii są konwertery, które pobierają parę wodną z powietrza w procesie adsorpcji, a następnie przetwarzają związaną z tym energię na prąd. Pojedyncze urządzenie pozyskuje naraz niewielką ilość energii. Siła rozwiązania tkwi jednak w skali: wilgoć jest obecna w powietrzu praktycznie wszędzie na Ziemi i natura nieustannie ją uzupełnia. Taka technologia mogłaby więc działać niemal w każdym miejscu.
Szacunki zespołu robią wrażenie. „Z naszych szacunków wynika, że energia związana z adsorpcją wody z atmosfery odpowiada około 50-krotności obecnego rocznego globalnego zużycia energii” – wyjaśnia koordynatorka. Od razu jednak dodaje ważne zastrzeżenie: „Jest to teoretyczny pułap zasobów, który plasuje wilgoć atmosferyczną wśród największych zasobów odnawialnych na świecie, porównywalnych pod względem skali z energią wiatrową i przewyższających inne zasoby odnawialne już wykorzystywane komercyjnie”.
To rozróżnienie warto zapamiętać. Pułap teoretyczny mówi, ile energii jest w zasobie, a nie ile da się z niego realnie pozyskać przy dzisiejszych urządzeniach. Między jednym a drugim leży cała praca inżynierów.
Partnerzy projektu skupili się na optymalizacji pojedynczych jednostek przetwarzających wilgoć na prąd i na tym, jak łączyć je w większe układy. Najważniejsze efekty to:
Badacze ustalili też optymalny sposób pracy konwerterów, co jest kluczowe dla projektowania wydajniejszej elektroniki do pozyskiwania energii i zarządzania zasilaniem. Zarazem podkreślają, że technologia wciąż jest we wczesnej fazie rozwoju, a konsorcjum zamierza kontynuować prace.
Ostatecznym celem jest łatwe w obsłudze, w pełni nadające się do recyklingu rozwiązanie, które działa przez całą dobę i da się je dopasować do różnych warunków – od dużych elektrowni po gospodarstwa domowe. W dłuższej perspektywie miałoby to być czyste i przystępne cenowo źródło energii, pracujące równolegle z obecnymi systemami i pozwalające zakładom oraz domom samodzielnie wytwarzać prąd w dowolnym miejscu na świecie.
„Ten przełomowy nowy produkt, zdolny do uzupełnienia istniejących technologii i sprostania poważnym wyzwaniom w zakresie efektywności energetycznej, wzmocni europejski rynek energii odnawialnej i zdecentralizowanej” – podsumowuje Lyubchyk. Według niej rozwiązanie ma też wspierać cel UE, jakim jest system energetyczny oparty w całości na odnawialnych źródłach do 2050 roku.
Historia CATCHER to dobry przykład dla osób, które myślą o energetyce, fizyce, chemii materiałów czy inżynierii środowiska. Pokazuje, że nowe źródło energii nie pojawia się z dnia na dzień: najpierw jest pomysł i teoria, potem szacowanie zasobu, a dalej żmudne testy, poprawianie pojedynczych elementów i projektowanie układów, które da się skalować. Projekty finansowane przez Europejską Radę ds. Innowacji prowadzą właśnie tę ścieżkę – od badań do prototypu – i potrzebują ludzi, którzy łączą wiedzę naukową z praktyką inżynierską.
Wilgoć w powietrzu to ogromny, stale odnawiany zasób, którego teoretyczny pułap sięga około 50-krotności rocznego światowego zużycia energii. Projekt CATCHER pokazał, że konwertery mogą pracować ponad 9000 godzin bez spadku wydajności i że da się je łączyć w większe systemy. Do wykorzystania technologii na co dzień droga jest jeszcze daleka, ale kierunek jest jasny: źródło, które działa dzień i noc, może kiedyś uzupełnić słońce i wiatr. Więcej informacji zawiera artykuł w serwisie CORDIS.
Źródło: CORDIS, Komisja Europejska.
5 pytań · minuta
poleca:
