Solární panely už dnes najdeme na střechách milionů domů. Jenže co když chceme vyrábět alespoň trochu elektřiny i uvnitř budovy? Právě na to se zaměřili výzkumníci z Binghamtonské univerzity v USA. Výsledkem je speciální tapeta, která dokáže zachytávat vlhkost ze vzduchu a přeměňovat ji na elektrickou energii. Žádný nový konkurent fotovoltaiky z ní ale zatím nebude. Vyrobené elektřiny je málo. Na malé senzory nebo další úsporná zařízení by ale stačit mohla.

Elektřina z vody ve vzduchu. Jak to funguje?

Princip je překvapivě jednoduchý. Tapeta obsahuje drobné generátory vlhkosti a elektřiny, označované jako MEG. Ty ze vzduchu zachycují molekuly vody. Jakmile se voda dostane do materiálu, začnou se v něm pohybovat ionty. Vzniká rozdíl v jejich koncentraci, a tím dochází k oddělení elektrického náboje a vzniku elektrického napětí.

Není to tedy žádná miniaturní solární elektrárna schovaná pod tapetou. Slunce k provozu nepotřebuje. Stačí jí vzduch, ve kterém je nějaká vlhkost. A právě tady má podle profesora Seokheuna „Seana“ Choiho, který výzkum vedl, má interiér jednu velkou výhodu. „Výhodou vnitřního prostředí je, že udržuje velmi konstantní vlhkost mezi 30 a 60 procenty a činnosti obyvatel, jako je dýchání, vaření a koupání, generují další vlhkost,“ uvedl Choi. Jinými slovy, čím žije domácnost běžným životem, tím více vody se dostává do vzduchu. A část této vlhkosti může tapeta využít.

Na střechu ji zatím nedávejte

Kolik elektřiny taková tapeta vlastně vyrobí? Zatím opravdu málo. Podle vědců je jeden generátor určený především pro zařízení s velmi nízkou spotřebou. Při relativní vlhkosti 80 procent dokáže vyrobit přibližně 0,34 voltu a 2,2 mikrowattu na centimetr čtvereční. To je úplně jiná liga než fotovoltaické panely. Tapeta tedy rozhodně nebude vytápět dům ani nabíjet elektromobil. Mohla by ale napájet třeba senzor teploty a vlhkosti, bezdrátové komunikační zařízení nebo další drobnou elektroniku.

Výzkumníci například vytvořili větší pole s 1596 jednotkami, které dokázalo napájet bezdrátovou klávesnici. A právě v tom vidí Choi jednu z možných cest k praktickému využití. Místo toho, aby měl každý malý senzor vlastní baterii, mohl by si potřebnou energii průběžně vyrábět přímo ze svého okolí.

Vědci museli vyřešit i vzhled

Jenže když chcete něco nalepit na stěnu v obýváku, nestačí, aby to fungovalo. Musí to také nějak vypadat. A právě s tím měli vědci trochu problém. Dosavadní vlhkostní generátory totiž nejsou zrovna něco, co by si člověk dobrovolně pověsil na zeď. Tým proto navrhl novou konstrukci, která připomíná mikročip na desce plošných spojů. Na okrajích je glycerol, který ze vzduchu zachytává vlhkost. Uprostřed se nachází struktura z polyvinylpyrrolidonu neboli PVP a vosková vrstva pomáhá řídit uvolňování a odpařování vody. Vlhkost tak putuje určitým směrem a vznikají podmínky pro průběžnou výrobu elektřiny.

„Nebylo snadné integrovat tři různé oblasti do jednoho dokumentu, ale chci, aby to bylo vše tisknutelné, abychom to mohli zpracovat pro hromadnou výrobu a ve větším měřítku,“ vysvětlil Choi. To je důležitá poznámka. Vědci totiž nechtějí skončit u laboratorního vzorku. Pokud by se podařilo technologii rozšířit, musí být také levná a jednoduše vyrobitelná.

Kabely schovali za tapetu

Další problém? Kabely. Asi si lze jen těžko představit, že by po nové tapetě vedla změť drátů. Výzkumníci proto umístili veškerou kabeláž na zadní stranu tapety. Jednotlivé generátory pak propojovali sériově i paralelně a zkoušeli, které zapojení bude fungovat lépe. Výsledky byly v obou případech podobné. Z pohledu uživatele by tak technologie měla zůstat prakticky neviditelná.

Tapeta může pomáhat i s vlhkostí

A tady je ještě jedna zajímavost. Tapeta by nemusela pouze vyrábět elektřinu, ale zároveň by mohla odebírat část vlhkosti ze vzduchu. To může být zajímavé hlavně u moderních budov, kde se klade velký důraz na kvalitu vnitřního prostředí. Větrání a klimatizace dnes spotřebují poměrně dost energie také na odvlhčování vzduchu.

„Do systémů vytápění, větrání a klimatizace vkládáme spoustu energie, abychom ze vzduchu odstranili vlhkost, ale pokud bychom tento koncept využili, mohli bychom snížit nebo kontrolovat hladinu vlhkosti a zároveň vyrábět elektřinu,“ říká Choi. Že by tedy tapeta jednou pomáhala snižovat vlhkost a ještě při tom vyráběla trochu elektřiny? Právě tímto směrem chtějí vědci svůj výzkum dál posouvat.

Fotovoltaiku nenahradí. Mohla by ji ale doplnit

Na praktické využití si ještě počkáme. Technologie je zatím ve fázi výzkumu a její výkon je příliš malý na běžnou spotřebu domácnosti. Přesto je na ní něco zajímavého. Energeticky aktivní nemusí být v budoucnu jen střecha se solárními panely. Energii bychom mohli získávat také z prostředí, ve kterém žijeme – ze světla, tepla, pohybu nebo právě vlhkosti.

Zdroj: Binghamton University