Para ilmuwan berharap dapat menghasilkan energi listrik dari udara lembab

Dengan menggunakan proses yang terjadi di awan badai, ilmuwan terkenal Nikola Tesla mencoba menghasilkan tenaga listrik dari kelembaban di udara. Ide tersebut mungkin bisa menjadi kenyataan beberapa dekade setelah kematiannya. Tidak ada seorang pun di laboratorium yang dapat mempercayai apa yang mereka lihat saat itu.

Sensor kelembaban, sebuah perangkat eksperimental, mulai menghasilkan sinyal listrik. Mungkin Anda berpikir itu normal, tetapi itu tidak seharusnya terjadi.

Jun Yao dari University of Massachusetts Amherst mengatakan, “Untuk beberapa alasan, siswa yang sedang menggunakan perangkat itu lupa menocoloknya ke sumber daya.” “Itulah awal ceritanya.”

Selama bertahun-tahun, ide ini telah ada. Nikola Tesla dan orang lain telah menyelidikinya, tetapi tidak pernah mencapai hasil yang menjanjikan.

Meskipun demikian, sejumlah kelompok penelitian di seluruh dunia telah menemukan cara baru untuk mengumpulkan listrik dari molekul air yang secara alami mengapung di udara. Dengan demikian, situasi ini mungkin akan berubah.

Itu mungkin karena molekul air memiliki kemampuan untuk bertukar muatan listrik kecil di antara mereka sendiri. Proses ini yang ingin dilakukan para peneliti.

Mendapatkan listrik yang cukup untuk digunakan adalah tantangan.

Namun, para ilmuwan sekarang percaya bahwa mereka dapat menghasilkan jumlah listrik yang cukup untuk menghidupkan komputer mini atau perangkat sensor.

Ini meningkatkan kemungkinan yang menguntungkan dari jenis energi terbarukan baru yang mungkin ada di sekitar kita.

Yao et al. menjelaskan bagaimana kawat nano protein kecil yang dibuat oleh bakteri dapat menghasilkan listrik dari udara. Meskipun mekanismenya mungkin masih dibahas, pori-pori kecil material tersebut tampaknya mampu menjebak molekul air yang mengambang. Selain itu, molekul air tampaknya membawa muatan saat mereka bergesekan dengan bahan. Dalam sistem seperti itu, Yao menjelaskan bahwa sebagian besar molekul tetap di dekat permukaan dan menyimpan banyak muatan listrik, sementara beberapa molekul menembus lebih dalam.

“Seiring waktu, Anda melihat bahwa terjadi pemisahan muatan,” kata Yao, “Itu sebenarnya yang terjadi di awan.”

Pada skala yang jauh lebih besar dan lebih signifikan, awan badai juga menghasilkan penumpukan muatan listrik berlawanan yang kemudian dilepaskan dalam bentuk petir. Dengan kata lain, Anda dapat menghasilkan listrik dengan memengaruhi pergerakan molekul air dan menciptakan kondisi yang tepat untuk pemisahan muatan. “Perangkat ini dapat bekerja di mana saja di Bumi,” kata Yao, yang sebenarnya hanya merupakan puncak gunung es.

Dalam studi lanjutan yang diterbitkan pada Mei 2023, Yao dan rekan-rekannya menciptakan struktur serupa yang diisi dengan pori-pori nano. Namun, mereka menggunakan berbagai bahan, mulai dari polimer dan serpihan oksida graphene hingga serat nano selulosa yang berasal dari kayu.

Meskipun ada beberapa perbedaan kecil, semua bahan itu berfungsi dengan baik. Ini menunjukkan bahwa struktur, bukan materi itu sendiri, yang penting.

Selama percobaan ini, perangkat yang lebih tipis dari rambut manusia menghasilkan jumlah listrik yang sangat kecil, kira-kira sepersekian volt.

Yao mengatakan bahwa Anda dapat mulai mendapatkan muatan volt yang bermanfaat dengan membuat lebih banyak bahan atau menggabungkan potongan-potongan itu menjadi satu.

Itu bahkan bisa dibuat dari cairan yang bisa disemprotkan ke permukaan untuk menyediakan sumber daya instan, tambahnya.

Reshma Rao, seorang insinyur material di Imperial College London di Inggris yang tidak terlibat dalam penelitian, mengatakan, “Saya pikir ini sangat menarik.”

Namun, Rao mengingatkan bahwa membayangkan teknologi seperti itu digunakan untuk bangunan atau mesin yang haus energi seperti mobil mungkin tidak realistis. Perangkat internet-of-things (IoT), seperti sensor, dan perangkat elektronik kecil yang dapat dipasang, mungkin hanya dapat mengandalkan kelembaban.

Penelitian lain yang sedang berlangsung

Yao bukan satu-satunya tim yang menyelidiki udara lembab sebagai sumber energi potensial.

Pada tahun 2020, sebuah kelompok di Israel berhasil memanen listrik dengan mengalirkan udara lembab di antara dua potong logam . Udara lembab menginduksi muatan dalam logam saat mengalir di atasnya.

Fenomena ini pertama kali tercatat pada tahun 1840, ketika seorang masinis kereta api di sebuah tambang batu bara di utara Newcastle, di timur laut Inggris, merasakan sensasi yang aneh di tangannya saat mengoperasikan mesin.

Dia kemudian menyaksikan percikan api kecil melompat di antara jarinya dan salah satu tuas mobil. Ilmuwan yang mempelajari peristiwa itu menemukan bahwa uap bergesekan dengan logam ketel mesin menyebabkan muatan menumpuk.

Colin Price, seorang peneliti ilmu atmosfer di Universitas Tel Aviv di Israel, yang menulis makalah tahun 2020, menyatakan bahwa muatan yang dibuat dalam percobaan laboratorium yang menggunakan potongan logam kecil sangat rendah.

Namun, dia menyatakan bahwa dia dan rekannya sedang bekerja untuk meningkatkan sistem mereka.

Namun, salah satu kendalanya adalah bahwa mereka membutuhkan kelembapan relatif 60% atau lebih tinggi, sedangkan perangkat Yao dan rekannya mulai menghasilkan listrik pada kelembapan relatif sekitar 20%.

Selain itu, sebuah tim di Portugal sedang mengerjakan proyek CATCHER, yang didanai Uni Eropa, yang bertujuan untuk menggunakan udara lembap sebagai sumber energi.

Svitlana Lyubchyk, seorang ilmuwan material di Universitas Lusófona di Lisbon, Portugal, bertanggung jawab atas koordinasi proyek tersebut dan juga berpartisipasi dalam mendirikan perusahaan yang disebut CascataChuva.

“Saya pikir prototipe teknik akan siap pada akhir tahun ini, kurang lebih,” kata Lyubchyk. Putranya, Andriy Lyubchyk, yang juga merupakan salah satu pendiri perusahaan, menunjukkan lampu LED kecil yang dinyalakan dan dimatikan dalam video tersebut.

Sambal memegang piringan abu-abu dari zirkonium oksida berdiameter sekitar empat sentimeter dan menjelaskan bahwa bahan ini memiliki kemampuan untuk menahan molekul air dari udara lembab dan membuatnya mengalir melalui saluran kecil.

Dia mengklaim bahwa ini menghasilkan muatan listrik yang cukup untuk memberi daya sekitar 1,5 volt dari satu disk. Dia menambahkan bahwa dua disk cukup untuk memberi daya pada LED, dan dia menambahkan bahwa lebih banyak potongan material dapat digabungkan untuk menghasilkan output yang lebih besar.

Meskipun beberapa informasi tentang proyek dapat diakses secara online, rincian lengkap tentang tes terbaru tim belum dipublikasikan atau ditinjau melalui proses.

Selain itu, grup tersebut menolak untuk menyebarkan informasi apa pun yang menunjukkan cara cakram terhubung ke LED untuk menyalakannya.

Rao menyatakan bahwa masih ada banyak pertanyaan tentang mekanisme yang mendasari semua upaya pembangkit listrik tenaga air ini.

“Masih ada banyak hal yang harus diselidiki tentang alasan mengapa ini berhasil.”

Selain itu, ada masalah dengan komersialisasi.

Siapa pun yang ingin mengkomersialkan teknologi seperti ini perlu membuktikan output daya yang memadai dan biayanya dibandingkan dengan energi terbarukan lainnya, kata Sarah Jordaan, seorang insinyur sipil di Universitas McGill di Kanada, yang mempelajari pertukaran lingkungan dan ekonomi dari keputusan energi.

Sudah jelas bahwa teknologi energi terbarukan yang lebih mapan, seperti angin dan matahari, memiliki keunggulan.

Mereka mungkin menjadi lebih penting dalam sepuluh tahun mendatang, ketika transisi dari bahan bakar fosil menjadi sangat penting.

Rao menyatakan bahwa ada “secercah harapan” bahwa penelitian higroelektrik dapat menghasilkan bahan energi baru.