Американські вчені створили невеликий пристрій на основі білкових нанонітей, здатний пасивно видобувати електрику з навколишнього вологості. Через градієнт вологості між повітрям і внутрішніми шарами масиву білкових ниток між електродами виникає невелика напруга. Експеримент з 17 пристроями показав, що вони здатні виробляти достатньо енергії для роботи невеликого екрану, розповідають автори статті в.
Під відновлюваною енергетикою і видобутком електрики «з нічого» зазвичай маються на увазі генератори, які використовують масштабні природні явища, такі як сонячне освітлення або вітер. Однак в останні роки вчені досягли чималих успіхів у створенні генераторів, які працюють незалежно від природних явищ або викопного палива. Наприклад, одним з найперспективніших методів вважається трибоелектрична генерація, оскільки вона працює від різних рухів і потенційно добре підходить для харчування простих носимих пристроїв.
Цзюнь Яо (Jun Yao) і його колеги з Массачусетського технологічного університету створили пристрій, що виробляє енергію з навколишнього вологості. Центральний елемент у ньому - це тонка плівка з тих, що проводять білкових нанонітей, виробляються бактеріями. Товщина цієї плівки становить близько семи мікрометрів, а оскільки вона складається з окремих ниток, вона має пористу, а не суцільну структуру. Знизу і зверху розташовуються золоті електроди, між якими виникає напруга. Розміри генератора становлять один на два сантиметри.
Дослідники вважають, що механізм роботи генератора заснований на іонізації карбоксильних груп на поверхні білкових ниток через присутність молекул води. Через це на поверхні утворюються рухомі протони, які виступають в якості носія заряду в цій системі. Через градієнт вологості (від поверхні плівки до її основи) виникає градієнт концентрації носіїв заряду і відбувається дифузія протонів, а також утворюється потенціал, схожий на потенціал спокою в живих клітинах.
Вимірювання показали, що при відсутності навантаження в генераторі підтримується напруга близько 0,5 вольта, а при замиканні ланцюга виникає струм на рівні 250 наноамперів. Генератор здатний виробляти струм протягом десятків годин. Наприклад, під час 20-годинного експерименту з підключеним резистором напруга впала лише на третину, а після її відключення напруга відновилася за п'ять годин. Розробники експериментально показали, що електричні параметри генератора не залежать від освітлення або вимірювальних приладів, що підтверджує запропоноване ними пояснення механізму роботи. Об'ємна потужність генератора становить 4 мілівати на кубічний сантиметр.
Інженери показали практичну застосовність генератора, створивши ланцюг з 17 послідовно з'єднаних пристроїв, а також підключивши до них конденсатори, до яких був підключений світлодіодний або рідкокристалічний екран. Генаратори створювали напругу 10 вольт, а конденсаторам вистачало енергії для живлення екрану.
Існують і ще більш незвичайні генератори електрики. Наприклад, минулого року фізики експериментально довели можливість видобутку електрики з різниці температур між Землею і космосом за допомогою ефекту негативного освітлення. При цьому потужність вироблення становить десятки нановат на квадратний метр, тому на практиці такий генератор поки застосувати не вийде.