Hogyan lehet csapvízből áramot termelni?

A mostani kísérletek egyelőre még csak „embrionális” szakaszban vannak, az Alberta tartományban dolgozó kanadaiak mégis megkezdték az álmodozást: szerintük egy napon a mobiltelefonok és a zsebszámológépek elemek és akkumulátorok nélkül működhetnek, minthogy az ilyen készülékeket nyomott vizes szerkezetek üzemeltetik majd. A nyomás alá helyezett víz ugyanis üvegből vagy szilíciumból készült szitákon folyik majd át az ilyen szerkezetekben.

A fizikai alapok

A mostani elgondolás fizikai alapja az úgynevezett elektrokinetikai kölcsönhatás felfedezése, amely Larry Kostiuk és Daniel Kwok nevéhez fűződik. A rendkívül egyszerű teóriát kidolgozó két kutató a University of Alberta gépészmérnöki karán dolgozik, és vizsgálataikat a Journal of Micromechanics and Microengineering című lapban tették közzé.

Az elmélet lényege az, hogy ha a vizet egy szilárd (nem fémes) anyag apró lyukain keresztül nyomják át, akkor a vízmolekulák kölcsönhatásba lépnek a szita felületével és ez egy vékony réteget hoznak létre pozitív és negatív töltésű részecskékből. Ezek a különbözően töltött részecskék aztán a szita másik végén nyalábot alkotnak, és egymásra „fűződnek”, ami „az elektromérnökök álma”.

A tudósok egyébként már évtizedek óta tudtak arról, hogy az áramló folyadékok képesek a különböző töltések elkülönítésére, ám azt eddig senki sem gondolta, hogy a jelenséget energiatermelésre lehetne felhasználni. (1839-ben Edmund Becquerel felfedezte, hogyan lehet elektromosságot előállítani a napfény segítségével. Ugyanebben az évben Sir William Grove feltalálta azt a prototípust, amelyből az üzemanyagcellák lettek később. A nukleáris energiaipar a XX. században fejlődött ki. Éppen ezért számít újdonságnak a mostani felfedezés, hiszen az áramtermelésben hosszú évtizedek óta nem volt ilyen úttörő jellegű kezdeményezés.)

Kételyek és az egyetemista ötlete

Az albertai kutatók először a vizet üvegcsöveken keresztül áramoltatták. Ezek a csövek persze nem voltak átlagosak: szélességük az emberi haj vastagságának tizedét közelítették meg. Az így nyert elektromosság azonban olyan gyenge volt, hogy a kutatócsoport kételkedett abban, hogy egyáltalán meg tudják majd mérni annak erősségét.

Ekkor javasolta az egyik egyetemi hallgató, hogy ne egyetlen lyuknál mérjék a jelenséget, hanem a vízszűrőben, ahol félmillió hasonló kis járat található. A kísérletek ekkor már átütő sikert hoztak: a 15 másodpercig folyó víz elégnek bizonyult ahhoz, hogy 10 voltos feszültségű áramot generáljon, amely két fénydiódát volt képes 10-15 másodpercenként felvillantani.

Az elektromos áram termelésének alapfeltétele, hogy más-más helyre sikerüljön elkülöníteni a pozitív és a negatív töltéseket. Ezután pedig „elektromos kommunikációt” kell teremteni közöttük – magyarázta Kostiuk professzor a The Globe and Mail kanadai lapnak. Konkrétan ez azt jelenti, hogy az albertai fizikusok a parányi csatornák mindkét végéhez elektródákat helyeztek el, egy dróttal összekötötték azokat, s a negatív pólusról azonnal megindult az elektronáram.

Egy váratlan találkozás

A felfedezés – ahogy mondani szokták – nem jött volna létre, egy „véletlen találkozás” nélkül. Kostiuk professzort ugyanis nemrégiben nevezték ki az albertai egyetem gépészmérnöki tanszékének élére. Ekkor határozta el, hogy találkozni szeretne az egész kar, vagyis az egyetemi fakultás többi vezetőjével is. Arra volt kíváncsi, hogy mivel is foglalkoznak a számára ismeretlen tudósok, illetve lehet-e azokból a kutatásokból valamilyen ipari hasznosításra gondolni.

A félórás megbeszélések első állomása máris sikeres volt: ekkor bukkant Kostiuk a felületi kölcsönhatások szakértőjére, Kwok professzorra, aki éppen akkor tért vissza a világhírű bostoni Massachussets Műszaki Egyetemről (MIT) Kanadába, egy kanadai állami finanszírozású tanszékvezetői posztra.

„Először azt hittem, nem sok közös témánk lesz” – emlékezett vissza a találkozóra Kostiuk, aki elsősorban kémiával foglalkozik. Ám Kostiuk végül lelkesedni kezdett Kwok kutatásai iránt, és hamarosan eszébe jutott egy ötlet: ha már sikerült előállítani a pozitív és a negatív töltésű rétegeket, miért nem „csapolják meg” azokat? És megtették azt, amire addig senki sem gondolt, hiszen egyetlen kis csatorna valóban nem termelt elegendő elektromosságot, egy szita összes járata viszont már megfelelő ahhoz, hogy a későbbi, ipari hasznosításon is törjék a fejüket…

Oly sok éven át volt természetes…

„Az elektromosságot oly sok éven át természetesnek vettük, senki nem foglalkozott az áramtermelés problémáival. Nem beszélve arról, hogy száz éve nem állt elő senki új ötlettel ezen a területen” –jegyezte meg Kwok professzor a mostani felfedezés kapcsán.

A felfedezés csaknem egy éve történt, azóta az egyetem visszatartotta a publikációkat, minthogy szabadalmaztatni kellett először az ötletet. Az ügy egyébként időközben annyira előrehaladt, hogy egész furcsa ötletek vetődtek fel. Így például a világ legtöbb városában már ma is működnek olyan berendezések, amelyeket az újfajta áramtermelési metódushoz lehetne felhasználni. A városi vízművek mindegyikében ugyanis hatalmas szűrők üzemelnek, amelyek szintén képesek lehetnek nagy mértekben szétválasztani az elektromos töltéseket. Így nemsokára elképzelhető, hogy nemcsak tiszta vizet, hanem tiszta energiát is szolgáltathatnak a közműcégek.