Một nhóm các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cách thông minh để biến những giọt nước rơi — như mưa — thành điện năng có thể sử dụng.
Bằng cách dẫn các giọt nước qua một ống thẳng đứng hẹp để tạo ra dòng chảy kiểu plug flow (dòng nút), họ đã có thể tách điện tích và thu năng lượng với hiệu suất đáng ngạc nhiên. Cách bố trí đơn giản này không chỉ khắc phục được các điểm yếu của phương pháp tách điện tích truyền thống, mà còn tạo ra đủ điện để thắp sáng 12 đèn LED.
Khai thác tĩnh điện trong chuyển động
Khi hai vật liệu tiếp xúc nhau, điện tích trên bề mặt chúng có thể thay đổi — ví dụ quen thuộc là hiện tượng tĩnh điện khi bạn cọ xát một quả bóng bay lên da hay quần áo. Tương tự, khi nước chảy qua một số bề mặt nhất định, nó có thể tích lũy hoặc mất điện tích.
Theo một nghiên cứu được công bố ngày 16-4 trên tạp chí ACS Central Science, các nhà khoa học đã khai thác hiện tượng này để tạo ra điện năng từ các giọt nước giống như mưa chảy qua một ống hẹp.
“Nước rơi qua một ống thẳng đứng tạo ra một lượng điện đáng kể nhờ mô hình dòng chảy đặc biệt: plug flow,” tác giả chính Siowling Soh cho biết. “Mô hình dòng chảy này có thể cho phép thu năng lượng từ mưa để tạo ra điện sạch và tái tạo.”
Thủy điện truyền thống hoạt động bằng cách sử dụng lượng lớn nước để quay tua-bin, và chỉ khả thi ở những nơi có nguồn nước dồi dào, như sông suối. Với các dòng chảy nhỏ hơn, chậm hơn, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang phương pháp thay thế: tách điện tích — quá trình tạo ra điện khi nước chảy qua kênh được lót vật liệu dẫn điện. Tuy nhiên, phương pháp này rất kém hiệu quả vì điện tích chỉ tích tụ ở bề mặt tiếp xúc giữa nước và kênh dẫn.
Thiết kế bộ tạo điện dạng plug flow
Để cải thiện hiệu quả, các nhà khoa học đã thử dùng các kênh siêu nhỏ (micro/nano), nhằm tăng diện tích tiếp xúc. Nhưng vì kênh quá nhỏ, nước khó chảy qua — và cần tiêu tốn nhiều năng lượng để bơm nước hơn lượng điện thu được. Để khắc phục điều này, Soh cùng nhóm của mình đã tìm cách tạo ra điện bằng kênh lớn hơn, đủ để nước mưa tự chảy qua.
Nhóm nghiên cứu thiết kế một hệ thống đơn giản: nước chảy từ đáy một tháp qua kim loại dạng kim tiêm, tạo ra các giọt nước có kích cỡ như mưa rơi vào đầu ống polymer cao khoảng 32cm và rộng 2mm.
Khi các giọt nước va vào nhau tại đầu ống, chúng tạo thành plug flow – những cột nước ngắn xen kẽ túi khí. Khi dòng nước chảy xuống trong ống, các điện tích bị tách ra. Nước sau đó chảy vào cốc phía dưới. Các dây điện đặt ở đầu ống và trong cốc sẽ thu năng lượng điện sinh ra.
Nâng hiệu suất đáng kể
Hệ thống plug flow chuyển hóa hơn 10% năng lượng của nước rơi thành điện. So với dòng nước chảy liên tục, plug flow tạo ra lượng điện nhiều gấp 100.000 lần. Vì tốc độ giọt nước trong thử nghiệm còn chậm hơn mưa thật, các nhà nghiên cứu tin rằng hệ thống này có thể được dùng để thu điện từ những cơn mưa nhẹ.
Trong một thử nghiệm khác, nhóm nghiên cứu nhận thấy khi nước chảy qua hai ống — đồng thời hoặc lần lượt — thì năng lượng thu được gấp đôi. Từ đó, họ dẫn nước qua bốn ống, và hệ thống đã thắp sáng 12 đèn LED liên tục trong 20 giây. Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ thu năng lượng bằng plug flow có thể đơn giản hơn và dễ bảo trì hơn so với nhà máy thủy điện, đồng thời phù hợp với không gian đô thị như mái nhà.
Các nhà khoa học đã tìm ra cách thu điện từ giọt nước rơi nhờ một dạng dòng chảy mới. Kỹ thuật plug flow, với các giọt nước và túi khí chuyển động trong ống hẹp, tạo ra năng lượng nhiều hơn đáng kể so với phương pháp cũ — thậm chí có thể sử dụng được cả khi mưa nhẹ. Nguồn: SciTechDaily.com.
