En banebrytende studie avslører hvordan vanns samspill med overflater produserer elektriske ladninger, og fremhever implikasjoner for sikkerhet og energilagring.
Australske forskere har gjort et betydelig gjennombrudd i forståelsen av hvordan vann genererer elektriske ladninger under bevegelse over overflater. Funnene, publisert i tidsskriftet Physical Review Letters , stammer fra et samarbeid mellom RMIT University og University of Melbourne, ledet av et team bestående av Dr. Joe Berry, Dr. Peter Sherrell og professor Amanda Ellis.
Forskerne observerte et fenomen kjent som «stick-slip»-bevegelse, som oppstår når en vanndråpe fester seg til en ru eller ujevn overflate. Etter hvert som kraften bygger seg opp fordi dråpen sitter fast, «hopper eller glir» den til slutt forbi hindringen, noe som resulterer i en irreversibel elektrisk ladning. Denne ladningen har vist seg å være opptil ti ganger sterkere enn tidligere registrert når vann går fra våte til tørre forhold, noe som illustrerer et nyvunnet nivå av elektrifisering når vann først kommer i kontakt med en overflate.
Dr. Peter Sherrell, som fokuserer på å fange opp omgivelsesenergi som en del av forskningen sin ved RMITs School of Science, kommenterte de vanlige observasjonene folk gjør angående regndråper som faller på overflater, og sa: «De fleste ville observere at regnvann drypper nedover et vindu eller en bilrute på en tilfeldig måte, men ville være uvitende om at det genererer en liten elektrisk ladning.» Han forklarte at tidligere forståelse av dette ladefenomenet var begrenset til overgangen fra vått til tørt, mens studien deres viser at betydelig ladning også utvikles ved overgang fra tørre til våte forhold.
Forskerne bemerket viktigheten av å forstå ladningsgenerering i forhold til sikkerhet, spesielt i sammenhenger der brennbare væsker er involvert. Dr. Joe Berry, ekspert på fluiddynamikk og tilknyttet University of Melbournes avdeling for kjemiteknikk, understreket de potensielle farene som elektriske støt i drivstoffbeholdere utgjør. «Å forstå hvordan og hvorfor elektrisk ladning genereres under strømning av væsker over overflater er viktig når vi begynner å ta i bruk de nye fornybare brennbare drivstoffene som kreves for en overgang til netto null», sa han. Berry utdypet videre at strategier som for tiden er på plass for å redusere ladningsoppbygging med eksisterende drivstoff kan vise seg å være ineffektive med nyere fornybare drivstoff, og fremhevet behovet for innovative tilnærminger for å håndtere dette fenomenet.
Forskningsteamet undersøkte spesifikt samspillet mellom vann og polytetrafluoretylen (PTFE), som er mer kjent for bruken i teflon. Dette grunnleggende arbeidet legger grunnlaget for potensielle fremskritt innen overflatedesign som kan føre til tryggere drivstoff og forbedrede energilagringssystemer. Fremtidige undersøkelser vil utforske stick-slip-bevegelsen med en rekke væsker og overflatematerialer, noe som muliggjør en bredere forståelse av ladningsgenerering som kan anvendes på ulike kommersielle prospekter.
Dr. Sherrell kommenterte implikasjonene av studien for sikkerhet i væskehåndteringssystemer, spesielt innen lagring og transport av hydrogen og ammoniakk, og uttalte: «Vi planlegger å studere hvor stick-slip-bevegelse kan påvirke sikkerhetsdesignet til væskehåndteringssystemer, samt metoder for å gjenvinne elektrisitet og øke hastigheten på lading fra væskebevegelse i energilagringsenheter.» Forskerne er ivrige etter å samarbeide med industripartnere for å oversette funnene sine til levedyktige kommersielle teknologier, som kan ha betydelig relevans i en rekke applikasjoner som tar sikte på å fremme energiløsninger i sammenheng med klimateknologi.
