驚人突破！科學家成功將雨水轉化為再生能源

研究團隊近期開發出一項創新技術，能將落下的雨滴轉化為可用電力。透過讓水滴透過狹窄的垂直管形成塞狀流動，研究人員成功分離電荷並以驚人效率收集能量。這套簡單的裝置不僅克服傳統電荷分離方法的低效率問題，更產生足以點亮12顆LED燈泡的電力。這項創新系統有望成為水力發電的永續且低成本替代方案，特別適合應用於屋頂和都市環境。

當兩種材料接觸時，表面電荷會發生轉移，就像用氣球摩擦皮膚產生靜電一樣。同樣地，當水流經特定表面時，也會獲得或失去電荷。研究團隊正是利用這種效應，讓類似雨滴的水流透過狹窄管道來發電。這項研究成果已發表於4月16日的《ACS中央科學》期刊。

研究通訊作者Siowling Soh指出，當水以塞狀流動模式透過垂直管道時，能產生大量電力。這種特殊流動模式為收集雨水能量、產生潔淨再生電力開闢了新途徑。

傳統水力發電需要大量水流推動渦輪機，僅適用於河流等水源充足的地區。針對較小、流速較慢的水流，科學家曾研究電荷分離技術，但效率極低，因為電荷僅在與水接觸的表面累積。

為提升效率，研究團隊嘗試使用微米和奈米級通道來增加表面積，卻發現這些通道過於狹窄，水流難以透過，且泵送水流的能耗超過系統產能。為解決這個問題，Soh、Chi Kit Ao及其團隊轉而尋找能讓雨水自然透過的較大管道發電方法。

團隊設計了一套簡單裝置：水從塔底透過金屬針頭噴出雨滴大小的水珠，進入高32公分、直徑2毫米的垂直聚合物管。水滴在管頂碰撞形成塞狀流動——短水柱與氣泡交替流動的模式。當水流經管內時，電荷發生分離，最後收集於管底杯中。管頂和杯中的電線則負責收集產生的電力。

這套塞狀流動系統能將超過10%的水流能量轉化為電力，效率比連續水流高出5個數量級。由於實驗使用的水滴速度遠低於實際雨滴，研究人員認為這套系統極具潛力應用於收集雨滴能量。

在另一項實驗中，研究人員發現同時或連續使用兩根管道可使發電量倍增。據此，他們設計了四管系統，成功連續點亮12顆LED燈泡達20秒。研究團隊表示，相較於傳統水力發電廠，塞狀流動發電系統更易設定與維護，特別適合都市空間如屋頂等場所應用。

這項名為「塞狀流動：突破德拜長度限制利用自然水資源發電」的研究已於2025年4月16日發表於《ACS中央科學》期刊。研究獲得新加坡教育部、科學技術研究局及國立大學健康創新與科技研究所的經費支援。