Može li se iz vode dobiti električna struja? Pa sad...  Ako vodu shvatimo kao energent, onda je očito da ne može, jer je – precizno rečeno – voda spoj vodika i kisika s najnižom slobodnom (Gibbsovom) energijom: u bilo što drugo da pretvorimo vodu, u vodikov peroksid (H₂O₂) ili u smjesu vodika (H₂) i kisika (O₂), trebamo utrošiti energiju. Drugim riječima, u gorivnim ćelijama struja nastaje od vodika, vodik je raketno gorivo (a kisik je oksidator), vodikov peroksid je propelant (također za rakete) – a svim je tim gorivima i propelantima zajedničko da od njih na kraju nastaje voda, najstabilnije stanje vodika i kisika.

No na postavljeno pitanje, može li se iz vode dobiti električna struja, može se odgovoriti i potvrdno. Voda je fluid, a svaki se fluid (tekućina ili plin) može staviti u stanje gibanja, a onda njegovu kinetičku energiju pretvoriti u električnu. Hidroelektrane su za to više nego očit dokaz, a za njima slijede sve popularnije vjetroelektrane. No da bi se to postiglo, treba u najmanju ruku imati turbinu i generator, pa iako je riječ o vrlo djelotvornim uređajima za pretvaranje energije, oni imaju mnoštvo pokretnih dijelova, a svaki je pokretni dio muka za konstruktore. Lopatice turbina se troše, osovine i zupčanici se habaju, strojni dijelovi u vodi – posebice u morskoj – korodiraju. Da ne spominjemo buku i opasnost za biljni i životinjski svijet jer lopatice turbina, kako vodenih tako i zračnih, sve su prije nego nježne.

I evo rješenja. Ono se zove na tekućini utemeljen cijevni triboelektrični nanogenerator (tubular liquid-based triboelectric nanogenerator, TL-TENG). Iza dugog imena punog teško razumljivih riječi krije se sasvim jednostavna sprava. Riječ je o sa dva kraja zatvorenoj cijevi od kremenog stakla koja je do pola ispunjena čistom vodom. Kada se cijev giba, voda se u njoj mućka – i proizvodi električnu struju.

Uređaj što su ga napravili kineski znanstvenici te njegov rad opisali u časopisu Matter u znanstvenom članku „Liquid-based nanogenerator fabricated by a self-assembled fluoroalkyl monolayer with high charge density for energy harvesting“, je – kao što rekoh – jednostavan, a ni princip njegova djelovanja nije odviše kompliciran. Pri vlaženju površine ravnih čepova cijevi, izrađenih od silicija presvučenih tankim, ne više od 2 μm debelim slojem njegova oksida, molekule vode im predaju elektrone s atoma kisika, pa se oni nabijaju negativnim nabojem. No negativni naboj čepova cijevi kompenziraju pozitivno nabijene molekule vode (H₂O⁺), ali samo dok voda stoji nasuprot električki nabijenoj površini. Kad međutim razina vode opadne, nema više ničega da kompenzira negativni naboj, pa elektroni prelaza na suprotnu elektrodu – teče električna struja.

Sve se to događa zato što su površine elektroda presvučene perfluoralkanom, teflonu sličnom tvari. U vrlo jednostavnom postupku, na kremeno se staklo nanese perfluoralkan vezan za etilni ester silicijeve kiseline (FDTES). On u reakciji sa SiO₂ stvara hidrofobnu površinu koja prihvaća elektrone (FDTES-SiO₂). Ta je površina izuzetno tanka, sastoji se od samo jednog sloja vezanih molekula FDTES.  Debljina sloja je svega 1,5 nm, što opravdava naziv „nanogenerator“.

Uređaj kineskih znanstvenika proizvodi visok napon, čak 102 V, no zbog male gustoće napona na elektrodama (500 μC m^-2), snaga proizvedene električne struje je mala – ne veća od 43 mW po kvadratnom metru elektroda. Isplati li se to?

Isplati se. Triboelektrični nanogenerator nije, barem zasad, namijenjen da zamijeni turbine i generatore u hidroelektranama; on treba postati pouzdan izvor elekrične struje za alpiniste, speleologe, polarne istraživače i sve druge koji rade u teškim uvjetima. Uređaj od 176 grama, pričvršćen za zapešće, može proizvesti struju dovoljnu za napajanje pet LED dioda. Za razliku od električne baterije, ne smeta mu vlaga, a što je najvažnije TL-TENG se ne može istrošiti jer struje ima dokle god se ruka giba. Kako se u njemu ništa ne pokreće osim najčišće vode, nanogenerator se ne može pohabati – ni nakon pola milijuna ciklusa (što odgovara 70 sati rada) nije zapažen pad jakosti struje.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 14 znanstveno-popularnih knjiga.