Именно так работает статическое электричество, если потереть воздушный шарик о кожу. То же самое происходит, когда вода течет по некоторым поверхностям — она может накапливать или терять заряд. Ученые нашли способ использовать этот эффект для выработки электричества из капель воды, падающих через трубку. Их эксперимент показал, что с помощью особого режима течения — пробкового потока — можно создать достаточно энергии, чтобы зажечь 12 светодиодов.

Результаты опубликованы в издании ACS Central Science.

Когда вода падает через вертикальную трубку, она генерирует значительное количество электричества, если течет не сплошным потоком, а отдельными «пробками» — короткими столбиками воды с воздушными карманами между ними, — объясняет Сиоулинг Со, ведущий автор исследования.

Такой режим течения позволяет эффективно собирать энергию дождя для получения чистой и возобновляемой электроэнергии.

Обычно для выработки электричества используют турбины, которые вращает поток воды. Но гидроэлектростанции работают только там, где есть большие объемы воды — например, реки. Для малых потоков ученые пробовали другой подход: когда вода движется по каналу с электропроводной поверхностью, возникает разделение зарядов.

Проблема в том, что этот метод крайне неэффективен — заряды образуются только на границе контакта воды и поверхности.

Ранее исследователи пытались увеличить КПД, создавая микро- и наноканалы, но вода через них не течет сама, а если ее качать, затраты энергии превышают выработку.

Команда Со и Чи Кит Ао предложила более простой способ. Они создали установку, в которой вода капала в вертикальную полимерную трубку высотой 32 см и шириной 2 мм. Ударяясь о верхний край трубки, капли создавали пробковый поток — воду, перемежающуюся пузырьками воздуха. При движении вниз происходило разделение зарядов, а провода в верхней части трубки и в нижней чаше собирали ток.

Эффективность системы превысила 10% — в 100 000 раз больше, чем при обычном течении.

Поскольку в эксперименте капли падали медленнее дождя, ученые считают, что метод можно использовать для сбора энергии дождевых капель. В другом опыте они пропустили воду через две трубки одновременно и получили вдвое больше энергии. А когда подключили четыре трубки, система 20 секунд непрерывно питала 12 светодиодов.

Преимущество такого подхода — простота. В отличие от гидроэлектростанций, его можно применять даже в городских условиях, например, на крышах домов.

Это исследование важно по нескольким причинам:

• Альтернатива традиционной гидроэнергетике — метод не требует плотин и больших объемов воды, что делает его применимым в засушливых регионах или городах.
• Повышение эффективности — пробковый поток резко увеличивает КПД по сравнению с обычным ламинарным течением.
• Простота масштабирования — систему можно адаптировать под разные условия, от небольших датчиков до кровель зданий.

Главный потенциал — в использовании рассеянной энергии: дождь, конденсат, даже искусственное орошение. Если технологию доработают, она может стать частью «умных» энергосистем.

Ранее ученые изобрели способ добывать чистую воду из воздуха.