Капли вместо розетки: как дождь может питать городские системы

Исследователи из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) создали устройство, способное преобразовывать энергию дождевых капель в электрический ток. Основанный на композитном материале из углеродного волокна, этот генератор демонстрирует стабильную работу на крышах зданий и может использоваться в дренажных сетях для автономной работы во время ливней и наводнений.

Технология получила название S-FRP-DEG (Superhydrophobic Fiber-Reinforced Polymer Droplet-Based Electricity Generator). В его основе лежит углепластик — материал, армированный полиэфирной смолой, известный своей прочностью, малым весом и коррозионной стойкостью, что широко востребовано в авиации и строительстве.

Принцип работы и испытания

Работа устройства основана на явлении, близком к статическому электричеству. Падающая капля с положительным зарядом касается отрицательно заряженной поверхности генератора и быстро отталкивается, вызывая движение зарядов и электрический ток вдоль углеродных волокон. Для повышения эффективности поверхность материала подвергли текстурированию и нанесли суперводоотталкивающее покрытие, подобное тому, что есть на листьях лотоса.

«Такая система может не только способствовать управлению городскими гидротехническими процессами, но и в перспективе стать источником питания для автономных датчиков и устройств в сфере мобильности, включая автомобили и летательные аппараты, где композиты уже широко используются», — отмечает руководитель проекта, профессор Пак Ён-бин.

В ходе лабораторных испытаний одна капля объёмом около 92 микролитров генерировала до 60 вольт и несколько микроампер тока. Этой энергии достаточно для питания маломощной электроники. При соединении нескольких генераторов в систему учёным удалось кратковременно зажечь 144 светодиодные лампы, доказав потенциал масштабирования технологии.

Двойная польза: генерация и контроль

Помимо выработки электричества, разработка успешно протестирована как датчик осадков. При увеличении интенсивности дождя частота и сила сигналов росли, позволяя системе автоматически различать тип осадков и активировать дренажные насосы. Это может значительно повысить эффективность управления ливневыми стоками в городах без подключения к внешним электросетям.

Учёные подчёркивают, что использование углеродного композита решает одну из главных проблем ранних прототипов — коррозию металлических частей. Лёгкость и долговечность материала открывают перспективы для монтажа генераторов на крышах, мостах и других элементах городской инфраструктуры.

Описание инновационной технологии было опубликовано в научном журнале Advanced Functional Materials.