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我20世纪初，塞尔维亚发明家尼古拉·特斯拉梦想从我们周围的空气中获取无限的免费电力。 特斯拉雄心勃勃，他的思考范围很广，有效地将地球和高层大气视为一个巨大电池的两端。 不用说，他的梦想从未实现，但空气发电（湿电）的前景现在再次激发了研究人员的想象力。 区别在于：他们的想法不是很大，而是非常非常小。
今年五月，马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个团队发表了一篇论文，宣称他们已经成功地利用空气中的湿度产生了微小但连续的电流。 这一说法可能会引起一些人的质疑，而当该团队在 2018 年做出启发这项新研究的发现时，确实如此。
“坦率地说，这是一次意外，”该研究的主要作者姚军教授说。 “我们实际上有兴趣制作一个简单的空气湿度传感器。 但不知出于什么原因，正在做这件事的学生忘了插上电源。”
麻省大学阿默斯特分校的团队惊讶地发现，该装置由一系列微型管或纳米线组成，无论如何都会产生电信号。
每根纳米线的直径都小于人类头发的千分之一，其宽度足以让空气中的水分子进入，但又太窄，会在管内碰撞。 研究小组意识到，每次碰撞都会给材料带来少量电荷，随着碰撞频率的增加，管子一端的电荷会与另一端不同。
“所以它真的就像一块电池，”姚说。 “你有一个正拉力和一个负拉力，当你连接它们时，电荷就会流动。”
在他们最近的研究中，姚的团队不再使用纳米线，而是在材料上冲压出数百万个小孔或纳米孔。 他们提出的设备只有缩略图那么大，是人类头发宽度的五分之一，能够产生大约一微瓦的功率——足以照亮大型 LED 屏幕上的单个像素。
那么，需要什么来为屏幕的其余部分甚至整个房子供电呢？ “美妙之处在于空气无处不在，”姚说。 “尽管该设备的薄片会发出非常少量的电力或功率，但原则上，我们可以在垂直空间中堆叠多层以增加功率。”
这正是另一个团队 Svitlana Lyubchyk 教授和她的双胞胎儿子 Andriy 教授和 Sergiy Lyubchyk 教授正在尝试做的事情。 Svitlana Lyubchyk 和 Andriy 是里斯本 Catcher 项目的一部分，该项目的目标是“将大气湿度转化为可再生能源”，他们与 Sergiy 一起创立了 CascataChuva，这是一家旨在将研究商业化的初创公司。 他们于 2015 年首次开始研究这个想法，比姚明在麻省大学阿默斯特分校的团队早一些时间。 “我们被认为是怪胎，”安德烈说。 “那些人说的是完全不可能的话。”
事实上，试图在会议上证明早期概念验证的价值让他们脸红了。 他说：“信号不稳定而且很低。 我们能够产生 300 毫瓦的功率，但你必须将所有的努力都投入到肺部，才能将足够的湿度吸入样品中。”
从那时起，他们已经取得了长足的进步，Catcher 和相关项目从欧洲创新理事会获得了近 550 万欧元（470 万英镑）的资助。 结果是一个宽 4 厘米（1.5 英寸）的薄灰色圆盘。 根据 Lyubchyks 的说法，其中一个设备可以产生相对适中的 1.5 伏电压和 10 毫安电流。 然而，他们表示，将 20,000 个太阳能电池堆放在一个洗衣机大小的立方体中，每天可以产生 10 千瓦时的电力——大约相当于一个英国家庭的平均用电量。 更令人印象深刻的是：他们计划在 2024 年准备好原型进行演示。
一种可以利用稀薄（或有些闷热）空气产生可用电力的设备听起来好得令人难以置信，但牛津大学工程科学名誉教授彼得·多布森（Peter Dobson）一直在关注麻省大学阿默斯特分校和 Catcher 团队的研究，并且他很乐观。
“当我第一次听说这件事时，我想：‘哦，是的，还有一个。’ 但不，它有腿，这个有，”多布森说。 “如果你能对其进行设计和扩展，并避免它被大气微生物污染，它应该会起作用。”
他接着表示，防止微生物污染与其说是一个终极缺陷，不如说是一个“令人兴奋的工程挑战”，但在这项技术为我们的家庭提供动力之前，还有更大的问题需要克服。
“这些设备是如何制造的？” 伦敦帝国理工学院环境工程教授安娜·科尔问道。 “采购原材料、计算成本、评估环境足迹以及扩大实施规模需要时间和信念。”
即使克服了将数千个此类设备连接在一起的剩余挑战，成本仍然是一个重大问题。 特拉维夫大学地球物理学教授 Colin Price 表示：“所有能源新技术都需要考虑‘绿色溢价’。” 与排放更多温室气体的技术相比，选择清洁技术会产生额外成本。 “目前这项技术的绿色溢价是巨大的，但希望可以通过研发来降低 [research and development]、投资、清洁能源税收减免以及对污染能源征税。”
Lyubchyks 夫妇估计，这些设备的平准化能源成本（即发电机在其生命周期内发电的平均净当前成本）一开始确实会很高，但通过大规模生产，他们希望最终能大幅降低成本使这种湿发电能与太阳能和风能竞争。 然而，要实现这一目标，他们需要投资、获得原材料和加工设备。
虽然麻省大学阿默斯特分校的研究人员正在研究理论上可以相对容易生产的有机材料，但 Catcher 团队使用氧化锆（一种燃料电池研究中感兴趣的材料）取得了优异的结果。 柳布奇克家族曾希望从拥有丰富矿藏的祖国乌克兰建立供应，但俄罗斯对该国的持续全面入侵迫使他们暂时只能从中国购买相对少量的产品。
该团队承认，优化原型和扩大生产可能需要数年时间，但如果他们成功，好处是显而易见的。 与太阳能或风能不同，湿发电机可以昼夜、室内外、在许多地方工作。 该团队甚至希望有一天能够用他们的设备制造建筑材料。 “想象一下，你可以使用这种材料建造建筑物的一部分，”安德烈说。 “不需要转移能源，不需要基础设施。”
这一切似乎都像是天方夜谭，特斯拉从空中获得无限电力的梦想还很遥远，但姚表示，我们可能会在阴云密布的天空中找到乐观的理由。 “大量能量储存在空气中的水分子中，”他说。 “这就是我们在雷暴期间获得闪电效应的地方。 这种能量的存在是毫无疑问的。 关键在于我们如何收集它。”
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