Trovato il modo di sfruttare l'elettricità dalla caduta di gocce d'acqua usando un nuovo tipo di flusso d'acqua. Questa tecnica di plug flow genera una potenza significativamente maggiore rispetto ai metodi precedenti e potrebbe essere utilizzata anche con la pioggia leggera
Modo per trasformare le goccioline d'acqua che cadono in elettricità utilizzabile.
Incanalando le goccioline attraverso uno stretto tubo verticale per creare un flusso a pistone (plug flow), i ricercatori hanno separato le cariche elettriche e raccolto energia con un'efficienza sorprendente. Questa semplice configurazione non solo ha superato le inefficienze dei tradizionali metodi di separazione della carica, ma ha anche prodotto abbastanza potenza per illuminare 12 LEDs. Con potenziali applicazioni sui tetti e negli ambienti urbani, questo sistema innovativo potrebbe offrire un'alternativa sostenibile e a basso costo all'energia idroelettrica.
Sfruttare l'elettricità statica in movimento
Quando due materiali toccano, le cariche sulle loro superfici possono cambiare: un esempio familiare è l'elettricità statica che si ottiene strofinando un palloncino sulla pelle. Allo stesso modo, quando l'acqua scorre su determinate superfici, può raccogliere o perdere carica elettrica. Ora, i ricercatori che riferiscono in ACS Central Science (1) hanno attinto a questo effetto per generare elettricità usando gocce simili a pioggia che fluiscono attraverso un tubo stretto. Il sistema produce potenza sufficiente per illuminare 12 LEDs.
«L'acqua che cade attraverso un tubo verticale genera una notevole quantità di elettricità utilizzando un modello specifico di flusso d'acqua: flusso a pistone», afferma il dottor SOH, Siow Ling (2), autore corrispondente dello studio. «Questo modello di flusso a pistone potrebbe consentire la raccolta di energia della pioggia per generare elettricità pulita e rinnovabile».
Perché la tradizionale potenza idroelettrica non è breve
L'energia idroelettrica convenzionale funziona spostando grandi volumi d'acqua per girare le turbine. Ma questo funziona solo in luoghi con ampia acqua, come i fiumi. Per flussi d'acqua più piccoli e più lenti, i ricercatori hanno esplorato un'alternativa: la separazione della carica. Questo processo genera elettricità mentre l'acqua scorre attraverso un canale rivestito con una superficie conduttiva. Tuttavia, è altamente inefficiente perché la carica si accumula solo in superficie dove l'acqua tocca.
Per migliorare l'efficienza, gli scienziati hanno provato a utilizzare canali micro e nanoscale per aumentare la superficie. Ma questi canali sono così piccoli che l'acqua non scorre facilmente attraverso di essi e pompa, attraverso l'uso, più energia di quanto il sistema produce. Per risolvere questo, il dottor SOH, Siow Ling e il dottor Chi Kit Ao (3), assieme al loro team, hanno cercato un modo per generare elettricità usando canali più grandi attraverso i quali l'acqua piovana può naturalmente passare.
Progettazione di un generatore di energia mediante flusso a pistone
Il team ha progettato una semplice configurazione in cui l'acqua scorreva in fondo a una torre attraverso un ago metallico. Le gocce di dimensioni piovane venivano spruzzate nell'apertura di un tubo polimerico. La collisione frontale delle goccioline nella parte superiore del tubo provocava un flusso a tappo: brevi colonne di acqua intervallate da tasche d'aria. Mentre l'acqua scorreva verso l'interno del tubo, le cariche elettriche si separavano. L'acqua veniva quindi raccolta in un contenitore situato sotto il tubo. I fili posizionati nella parte superiore del tubo e nel contenitore accumulavano l'elettricità.
Un grande aumento dell'efficienza
Il sistema flusso a pistone (plug flow) ha convertito oltre il 10% dell'energia dell'acqua che cadeva attraverso i tubi in elettricità. Rispetto all'acqua che scorre in un flusso continuo, il flusso del sistema plug flow ha prodotto elettricità equivalente a 5 ordini di grandezza in più. Poiché la velocità delle gocce testate era molto più lenta rispetto alla pioggia, i ricercatori suggeriscono che il sistema potrebbe raccogliere l'elettricità dalle gocce di una pioggia normale.
In un altro esperimento, i ricercatori hanno osservato che spostare l'acqua attraverso due tubi, contemporaneamente o sequenzialmente, ha generato il doppio dell'energia. Usando queste informazioni, hanno incanalato l'acqua attraverso quattro tubi e l'installazione ha alimentato 12 LEDs continuamente per 20 secondi. I ricercatori affermano che l'energia del sistema plug flow potrebbe risultare più semplice da configurare e mantenere rispetto alle centrali idroelettriche e potrebbe anche essere conveniente per mirati spazi urbani come i tetti.
Gli autori riconoscono i finanziamenti del Ministero della Pubblica Istruzione di Singapore; dell'Agency for Science, Technology and Research; e dell'Institute for Health Innovation & Technology presso la National University of Singapore.
Riferimenti:
(2) SOH, Siow Ling
(3) Chi Kit Ao
Descrizione foto: L'acqua che scorre attraverso un tubo sottile e rivestito di polimero in brevi esplosioni o spine, come dimostrato in queste illustrazioni e immagini, può produrre elettricità. - Credit: Adapted from ACS Central Science 2025.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Shocking Simplicity: Scientists Turn Falling Rain Into Renewable Energy