स्विट्जरलैंड में इकोले पॉलिटेक्निक फेडेरेल डी लॉज़ेन के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में नैनोसाइंस एंड एनर्जी टेक्नोलॉजी (एलएनईटी) की प्रयोगशाला ने हाल ही में एक प्रायोगिक नैनोपावर उत्पादन उपकरण विकसित किया है जो समुद्री जल की वाष्पीकरण प्रक्रिया का उपयोग करके लगातार एक स्थिर धारा उत्पन्न कर सकता है। यह उपकरण अपने मूल के रूप में सिलिकॉन अर्धचालकों का उपयोग करता है और आयनों और इलेक्ट्रॉनों की गति को विनियमित करके और प्रकाश और गर्मी की मदद से समुद्री जल के वाष्पीकरण को चलाकर स्वायत्त बिजली उत्पादन प्राप्त करता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि इस तंत्र से पर्यावरण-अनुकूल ऊर्जा संचयन प्रौद्योगिकी के लिए नए रास्ते खुलने की उम्मीद है। प्रासंगिक परिणाम नेचर कम्युनिकेशंस पत्रिका में प्रकाशित किए गए हैं।
अपने पेपर में, अनुसंधान दल के नेता गिउलिया टैगलीब्यू और एक शोधकर्ता तारिक अनवर ने वाष्पीकरण-संचालित हाइड्रोवोल्टिक प्रणालियों के लिए एक "एकीकृत भौतिक और प्रयोगात्मक ढांचे" का प्रस्ताव रखा। कुंजी इंटरफ़ेस प्रक्रिया को अलग करने और सटीक रूप से नियंत्रित करने में निहित है। यहां इंटरफ़ेस प्रक्रिया विभिन्न चरण राज्यों जैसे ठोस, तरल, तरल गैस इत्यादि के बीच बातचीत को संदर्भित करती है। अनुसंधान टीम को सूर्य की रोशनी और गर्मी ऊर्जा की भागीदारी के साथ वाष्पीकरण प्रक्रिया को विद्युत ऊर्जा उत्पादन में अधिक कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने के लिए इस ढांचे का उपयोग करने की उम्मीद है।
यह तकनीक "हाइड्रोवोल्टिक प्रभाव" पर एलएनईटी के पिछले शोध पर आधारित है। तथाकथित हाइड्रोवोल्टिक प्रभाव का मतलब है कि जब चार्ज किए गए नैनोडिवाइस की सतह से तरल पदार्थ बहता है, तो यह विद्युत ऊर्जा के उत्पादन को प्रेरित कर सकता है। नया उपकरण तरल वाष्पीकरण को बढ़ावा देने और प्रक्रिया में समुद्री जल में आयनों की गति को निर्देशित करने के लिए हेक्सागोनल रूप से व्यवस्थित सिलिकॉन नैनोपिलर के बीच छोटे अंतराल का उपयोग करता है। शोधकर्ताओं ने बताया कि गर्मी और प्रकाश हमेशा हाइड्रोवोल्टिक उपकरणों के प्रदर्शन को प्रभावित करेंगे, और इस बार उनकी सफलता इन मूल रूप से अपरिहार्य प्रभावों को ऊर्जा माध्यम के रूप में अटूट और अपेक्षाकृत पर्यावरण के अनुकूल समुद्री जल का उपयोग करके पहली बार प्रदर्शन लाभ में परिवर्तित करना है।
शोध में एक महत्वपूर्ण वैचारिक सफलता यह थी कि टीम ने पाया कि बढ़ी हुई बिजली उत्पादन केवल वाष्पीकरण का परिणाम नहीं था। क्योंकि उपकरण सिलिकॉन सेमीकंडक्टर सामग्री का उपयोग करता है, गर्मी सेमीकंडक्टर सतह पर नकारात्मक चार्ज को बढ़ाती है, जबकि सूरज की रोशनी इसके भीतर इलेक्ट्रॉनिक गतिविधि को उत्तेजित करती है। दूसरे शब्दों में, वाष्पीकरण, थर्मल प्रभाव और प्रकाश प्रभाव एक दूसरे से स्वतंत्र नहीं हैं, लेकिन बिजली उत्पादन दक्षता में सुधार को संयुक्त रूप से बढ़ावा देने के लिए डिवाइस में एक सहक्रियात्मक प्रभाव बनाते हैं।
शोध दल के अनुसार, इस सतह आवेश प्रभाव से होने वाला लाभ काफी महत्वपूर्ण है। सूरज की रोशनी और गर्मी का परिचय देकर, डिवाइस का ऊर्जा उत्पादन पांच गुना तक बढ़ाया जा सकता है। टैगलीब्यू ने कहा कि यह प्राकृतिक प्रभाव हमेशा से मौजूद रहा है, लेकिन वे वास्तव में इसका फायदा उठाने वाले पहले शोधकर्ता हैं।
संरचनात्मक डिजाइन के दृष्टिकोण से, यह वाष्पीकरण बिजली उत्पादन उपकरण तीन-परत वास्तुकला को अपनाता है, जो वाष्पीकरण, आयन परिवहन और चार्ज संग्रह की तीन स्वतंत्र प्रक्रियाओं के अनुरूप है। सबसे ऊपर वाष्पीकरण सतह परत है, मध्य परत आयन चालन के लिए जिम्मेदार है, और नीचे ढांकता हुआ सिलिकॉन नैनोपिलर सरणी है। इस तरह का एक स्तरित डिज़ाइन न केवल शोधकर्ताओं को प्रत्येक चरण की प्रक्रिया और परिणामों का धीरे-धीरे विश्लेषण और अंशांकन करने में मदद करता है, बल्कि डिवाइस के समग्र बिजली उत्पादन प्रदर्शन को भी बेहतर बनाता है और अधिक स्पष्ट रूप से दिखाता है कि कैसे गर्मी और प्रकाश चार्ज पीढ़ी को प्रेरित करते हैं और आयन प्रवासन को बढ़ावा देते हैं।
बिजली उत्पादन क्षमताओं के अलावा, यह तकनीक स्थायित्व के मामले में भी स्पष्ट लाभ प्रदान करती है। शोधकर्ताओं ने बताया कि गर्मी और प्रकाश हाइड्रोवोल्टिक तंत्र को ख़राब कर सकते हैं, और उच्च नमक वाले वातावरण में संक्षारण की समस्याएँ इस प्रक्रिया को बढ़ा सकती हैं। हालाँकि, डिवाइस में सिलिकॉन नैनोपिलर की सतह एक ऑक्साइड कोटिंग से ढकी होती है जो प्रकाश और गर्मी के तहत स्थिर रहती है, जिससे अनावश्यक रासायनिक प्रतिक्रियाओं से बचा जा सकता है और समुद्री जल वातावरण में डिवाइस की विश्वसनीयता में सुधार होता है।
अनुसंधान टीम ने कहा कि यदि बाद की पुनरावृत्तियां अच्छी तरह से चलती हैं, तो इस प्रकार के हाइड्रोवोल्टिक उपकरण से भविष्य में विभिन्न छोटे, बैटरी-मुक्त सेंसर नेटवर्क के लिए निरंतर, स्वायत्त बिजली समर्थन प्रदान करने की उम्मीद है, जब तक कि सूरज की रोशनी, गर्मी और पानी संचालित करने के लिए उपलब्ध हैं। संभावित अनुप्रयोग परिदृश्यों में पर्यावरण निगरानी प्रणाली, इंटरनेट ऑफ थिंग्स डिवाइस और वर्तमान और भविष्य की पहनने योग्य प्रौद्योगिकियां शामिल हैं। शोधकर्ताओं का मानना है कि यदि बिजली प्राप्त करने के एक मोबाइल और लगभग "मुफ़्त" तरीके को व्यावहारिक उपयोग में लाया जा सकता है, तो इससे जो सामाजिक मूल्य मिलेगा वह अथाह होगा।