پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون موفق به ساخت نوعی کاغذدیواری شده‌اند که می‌تواند رطوبت موجود در هوای داخل خانه را به مقدار کمی برق تبدیل کند. این فناوری که در مجله Advanced Energy Materials معرفی شده است، ایده متفاوتی برای تأمین انرژی ارائه می‌دهد: استفاده از رطوبتی که در هر خانه‌ای وجود دارد.
برخلاف پنل‌های خورشیدی که برای تولید برق در محیط بیرون طراحی شده‌اند، مولدهای برق رطوبتی پیش از این نیز توسعه یافته بودند. با این حال، نمونه‌های قبلی عمدتاً برای محیط‌های بیرونی با شرایط متغیر ساخته شده بودند.
سوکهون چوی، سرپرست این پژوهش، معتقد است پایداری نسبی رطوبت در محیط داخلی خانه، که معمولاً بین ۳۰ تا ۶۰ درصد است و فعالیت‌هایی مانند تنفس، آشپزی و حمام‌کردن نیز آن را افزایش می‌دهند، شرایط مناسبی که برای کاربرد این فناوری فراهم می‌شود.
کاغذدیواری چگونه برق تولید می‌کند؟
کاغذدیواری چگونه برق تولید می‌کند؟
نمونه آزمایشی این کاغذدیواری فعلاً از کاغذ مخصوص آزمایشگاهی ساخته شده است و هنوز آماده استفاده تجاری نیست. ساختار آن شامل سیم‌کشی‌های پنهان در پشت و سوراخ‌های میکروسکوپی است که دو طرف کاغذ را به هم متصل می‌کنند. فرایند ساخت این کاغذها ترکیبی از روش‌های چاپ است و در آینده می‌تواند برای تولید در مقیاس بزرگ بهینه شود.
هر واحد از این کاغذدیواریِ مربعی‌شکل که تنها ۲ در ۲ سانتی‌متر است، سه بخش دارد:
در بخش بیرونی، گلیسرول قرار دارد که بخار آب موجود در هوا را جذب و آن را به آب مایع تبدیل می‌کند. بخش میانی نیز حاوی پلی‌وینیل‌پیرولیدون (PVP) است که آب را در خود نگه می‌دارد و با استفاده از خاصیت موئینگی، آن را از لبه به سمت مرکز هدایت می‌کند. در نهایت، بخش مرکزی با موم پوشانده شده و مانند یک لباس تنفس‌پذیر عمل می‌کند. به این معنا که آب مایع را دفع می‌کند، اما اجازه می‌دهد بخار آب از منافذ آن عبور کند.
این جریان مداوم آب که از لبه وارد و از مرکز بخار می‌شود، جریان الکتریکی ایجاد می‌کند. گروه‌های شیمیایی در این ساختار پروتون‌ها را آزاد کرده و الکترودهای گرافیتی برق تولیدشده را جمع‌آوری می‌کنند.
خروجی انرژی چقدر است؟
برق تولیدشده در حال حاضر بسیار اندک است. یک قطعه در رطوبت ۸۰ درصد حدود ۰.۳۴ ولت تولید کرد و بزرگترین نمونه آزمایش‌شده با ۱٬۵۹۶ قطعه توانست ۳.۵ ولت (در رطوبت ۳۸ درصد) خروجی داشته باشد. این مقدار انرژی برای روشن نگه داشتن یک کیبورد بی‌سیم (با کمک خازن) یا یک حسگر رطوبت (به مدت ۱۵ دقیقه) کافی بود.
یکی از ویژگی‌های جالب این کاغذدیواری، قابلیت تنظیم رطوبت محیط است. این ماده می‌تواند رطوبت اضافی را جذب کند و در مواقع خشکی هوا، آن را بازگرداند. در آزمایش‌ها، این کاغذدیواری توانست رطوبت یک محفظه بسته را کاهش دهد. چوی اشاره می‌کند که این ویژگی می‌تواند در آینده به سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) کمک کند تا انرژی کمتری برای تنظیم رطوبت مصرف کنند.
پژوهشگران تأکید می‌کنند که این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی (اثبات مفهوم) است و قرار نیست به زودی جایگزین پنل‌های خورشیدی یا شبکه برق خانگی شود. هدف اولیه این فناوری، تأمین انرژی برای حسگرهای محیطی، دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) و ماژول‌های بی‌سیم است.
اگر این سیستم در درازمدت دوام بیاورد، می‌تواند دیوارها را به حسگرهای هوشمندی تبدیل کند که هم برق خود را تأمین می‌کنند و هم رطوبت اتاق را تنظیم می‌نمایند.
