а воздухе есть ничтожное количество свободных электронов ?

Есть, при молниях и грозовых разрядах идет ионизация воздуха, запах озона говорит об этом..

Разумеется. Окружающий воздух всегда немножко ионизирован. Посмотрите на распределение скоростей -- при любой температуре есть участок, пусть небольшой, где молекулы обладают достаточной кинетической энергией чтобы вышибать друг из друга электроны ничто не мешает молекуле совершенно случайно разогнаться до таких скоростей.

Да их там дохрена.

Я не знаю состав "космических лучей", а искать не хочется. Возможно в составе "космических лучей" и есть электроны. Вот они (если есть) -свободные. Но как только они попадут в воздух, то непременно захватятся какой-нибудь молекулой (азота, кислорода и др. ) с образованием отрицательно заряженного иона. Вспомним, что бета-излучение (поток свободных электронов) полностью поглощается слоем воздуха в несколько см. А уж из иона в свободное состояние им без посторонней помощи не выбраться. Поэтому ответ такой: В воздухе свободные электроны могут быть только в самых верхних слоях атмосферы, на высотах в десятки (сотни) километров.