Een baanbrekend onderzoek laat zien hoe de interactie van water met oppervlakken elektrische ladingen produceert, wat de gevolgen voor veiligheid en energieopslag benadrukt.
Australische onderzoekers hebben een belangrijke doorbraak bereikt in het begrip van hoe water elektrische ladingen genereert tijdens de beweging over oppervlakken. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters , zijn het resultaat van een samenwerking tussen RMIT University en de University of Melbourne, onder leiding van een team bestaande uit Dr. Joe Berry, Dr. Peter Sherrell en Professor Amanda Ellis.
De onderzoekers observeerden een fenomeen dat bekend staat als "stick-slip"-beweging, dat optreedt wanneer een waterdruppel zich hecht aan een ruw of oneffen oppervlak. Naarmate de kracht toeneemt doordat de druppel vastzit, "springt" of "glijdt" hij uiteindelijk langs het obstakel, wat resulteert in een onomkeerbare elektrische lading. Deze lading blijkt tot tien keer sterker te zijn dan eerder werd waargenomen wanneer water van natte naar droge omstandigheden overgaat. Dit illustreert een nieuw niveau van elektrificatie wanneer water voor het eerst een oppervlak raakt.
Dr. Peter Sherrell, die zich in zijn onderzoek aan de School of Science van RMIT richt op het vastleggen van omgevingsenergie, gaf commentaar op de veelvoorkomende observaties die mensen doen met betrekking tot regendruppels die op oppervlakken vallen: "De meeste mensen zien wel dat regenwater lukraak langs een raam of autoruit druppelt, maar zijn zich er niet van bewust dat dit een klein beetje elektrische lading genereert." Hij legde uit dat hun eerdere kennis van dit oplaadfenomeen beperkt was tot de overgang van nat naar droog, terwijl hun onderzoek aantoont dat er ook aanzienlijke lading ontstaat bij de overgang van droge naar natte omstandigheden.
De onderzoekers benadrukten het belang van inzicht in de relatie tussen ladingsopwekking en veiligheid, met name in contexten waarin ontvlambare vloeistoffen betrokken zijn. Dr. Joe Berry, expert in vloeistofdynamica en verbonden aan de faculteit Chemische Technologie van de Universiteit van Melbourne, benadrukte de potentiële gevaren van elektrische schokken in brandstofcontainers. "Inzicht in hoe en waarom elektrische lading wordt opgewekt tijdens de stroming van vloeistoffen over oppervlakken is belangrijk nu we de nieuwe hernieuwbare ontvlambare brandstoffen gaan gebruiken die nodig zijn voor een transitie naar netto nuluitstoot", aldus Berry. Berry lichtte verder toe dat de huidige strategieën om ladingsopbouw met bestaande brandstoffen te verminderen mogelijk niet effectief blijken te zijn met nieuwere hernieuwbare brandstoffen, en benadrukte de noodzaak van innovatieve benaderingen om dit fenomeen te beheersen.
Het onderzoeksteam onderzocht specifiek de interactie tussen water en polytetrafluorethyleen (PTFE), algemeen bekend om zijn gebruik in teflon. Dit fundamentele werk legt de basis voor mogelijke ontwikkelingen in oppervlakteontwerp die kunnen leiden tot veiligere brandstoffen en verbeterde energieopslagsystemen. Toekomstig onderzoek zal de stick-slip-beweging met diverse vloeistoffen en oppervlaktematerialen onderzoeken, wat een breder begrip van ladingsopwekking mogelijk maakt, toepasbaar op diverse commerciële toepassingen.
Dr. Sherrell merkte op dat het onderzoek gevolgen heeft voor de veiligheid van vloeistofbehandelingssystemen, met name bij de opslag en het transport van waterstof en ammoniak. Hij zei: "We zijn van plan te onderzoeken waar stick-slip-bewegingen van invloed kunnen zijn op het veiligheidsontwerp van vloeistofbehandelingssystemen, en ook methoden om elektriciteit terug te winnen en het opladen te versnellen vanuit vloeistofbeweging in energieopslagapparaten." De onderzoekers willen graag samenwerken met industriële partners om hun bevindingen te vertalen naar levensvatbare commerciële technologieën, die van groot belang kunnen zijn voor een reeks toepassingen die gericht zijn op het verbeteren van energieoplossingen in de context van klimaattechnologie.
