Ľad vnímame predovšetkým ako nepríjemnú prekážku v zime: klzké cesty, nebezpečné chodníky a neustály boj s posypovou soľou. No nový výskum ukazuje, že tento všedný jav môže skrývať prekvapivý energetický potenciál.

Tím vedcov z Xi’an Jiatong University v Číne dokázal, že ohýbaním ľadu so soľou je možné generovať elektrinu v omnoho väčšej intenzite, než sa doteraz predpokladalo. O téme informoval Interesting Engineering.

Skrytý efekt zosilnený soľou

Základ objavu spočíva v takzvanej flexoelektrine – schopnosti materiálov generovať elektrický náboj, keď sú mechanicky deformované. Tento jav bol už skôr pozorovaný v prírode, napríklad pri pohyboch ľadovcov alebo v napätých ľadových platniach, no jeho využitie bolo zatiaľ obmedzené na veľmi slabé signály.

Práve tu nastupuje prelomový prístup čínskeho tímu. Do vody pridali rôzne množstvá obyčajnej kuchynskej soli (NaCl), následne vzorky zmrazili a vytvarovali do kužeľov, dosiek či lúčov. V laboratórnych testoch použili trojbodový ohyb, ľad položili na dve podpery a zhora naň vyvíjali tlak. Výsledky prekvapili: slaný ľad produkoval až tisícnásobne väčší elektrický náboj v porovnaní s čistým ľadom.

„Vysoká flexoelektrina slaného ľadu nás približuje k vízii využitia energie z ľadu a môže byť významná aj pre pochopenie elektrickej aktivity v oblastiach pokrytých ľadom či dokonca na ľadových svetoch ako je Európa alebo Enceladus,“ uviedli autori štúdie.

Tajomstvo mikroskopických kanálikov

Prečo zohráva soľ takú zásadnú úlohu? Pomocou mikroskopie a Ramanovej spektroskopie vedci zistili, že pridaná soľ narúša úplný proces kryštalizácie vody. V štruktúre ľadu zostávajú mikroskopické kanáliky so slanou vodou.

Pri mechanickom ohýbaní dochádza k pohybu tejto kvapaliny cez sieť kanálov, čím vzniká takzvaný prúd zo strhávania (streaming current). Inými slovami, samotný pohyb tekutiny prenáša elektrický náboj, čo dramaticky zvyšuje efektivitu generovania elektriny.

Takýto proces má obrovský teoretický potenciál. Ľad pokrýva približne 10 % povrchu Zeme, čo otvára otázku, či by sa tieto ľadové plochy raz mohli premeniť na alternatívny zdroj čistej energie.

Gemini

Limity a perspektívy

Ako to už pri podobných objavoch býva, aj tu vedcov brzdia zásadné výzvy. Slaný ľad pri opakovanom ohýbaní stráca účinnosť, keďže po mnohých cykloch sa jeho schopnosť generovať elektrinu zníži až o 80 %. Navyše, veľká časť energie sa počas procesu premieňa na teplo, čo znamená, že efektivita je zatiaľ výrazne nižšia než pri komerčne dostupných piezoelektrických zariadeniach.

Napriek týmto nevýhodám je myšlienka fascinujúca. Predstavme si, že v odľahlých arktických oblastiach alebo na ľadovcoch by bolo možné vyrábať čistú energiu priamo z prostredia, kde je využitie solárnych či veterných zdrojov náročné. Objav navyše presahuje hranice našej planéty. Na ľadových mesiacoch ako Európa či Enceladus, kde sa predpokladajú podpovrchové oceány, by sa tento jav mohol stať prirodzeným laboratóriom pre výskum exotických energetických procesov.

Štúdia publikovaná v prestížnom časopise Nature Materials tak mení náš pohľad na ľad. Už to nie je iba nepríjemná zamrznutá masa, ale potenciálny partner v hľadaní nových zdrojov udržateľnej energie

Čítajte viac z kategórie: Ekológia