Naukowcy opracowali urządzenie, które wykorzystując fotodiodę skierowaną w niebo może generować energię elektryczną z różnicy temperatur między Ziemią a przestrzenią kosmiczną.
Stworzone przez badaczy z Uniwersytetu Stanforda urządzenie ma podobny system optoelektroniczny, co stosowany w panelach słonecznych. Jednak panele słoneczne potrzebują światła słonecznego do wytwarzania energii elektrycznej. Eksperymentalne urządzenie zamiast wykorzystywać promieniowanie przychodzące ze Słońca, wykorzystuje promieniowanie wychodzące z Ziemi.
Oczywista różnica jest taka, że wynalazek badaczy mógłby funkcjonować w nocy, co czyni go potencjalnym źródłem energii odnawialnej, które mogłoby działać przez całą dobę. Co więcej, urządzenie to jest niezależne od warunków pogodowych.
Wyniki prac uczonych zostały opublikowane w ostatnim wydaniu „Applied Physics Letters”.
- Ogrom wszechświata jest zasobem termodynamicznym - powiedział autor artykułu Shanhui Fan. - Jeśli chodzi o fizykę optoelektroniczną, istnieje naprawdę bardzo piękna symetria między pozyskiwaniem promieniowania przychodzącego a pozyskiwaniem promieniowania wychodzącego - dodał.
W przeciwieństwie do wykorzystywania energii przychodzącej do naszej planety, jak to robią normalne ogniwa słoneczne, eksperymentalne urządzenie pozwala na zbieranie energii elektrycznej, gdy ciepło opuszcza powierzchnię Ziemi. Obecna technologia nie pozwala na efektywne wychwytywanie energii elektrycznej w ten sposób, ale w przyszłości może to się zmienić.
- Ilość mocy, jaką możemy wygenerować w tym eksperymencie, jest obecnie znacznie niższa od teoretycznego limitu - powiedział Masashi Ono, współautor publikacji.
W doświadczeniach badaczom udało się wygenerować 64 nanowaty na metr kwadratowy. To niewielka ilość energii, ale ważny dowód popierający samą koncepcję urządzenia. Pozwala to na ulepszanie i dopracowywanie technologii, chociażby poprzez modyfikacje kwantowe właściwości optoelektronicznych stosowanych materiałów.
Fotodiody reagujące na podczerwień zamontowane w urządzenie pracują niejako „wstecz”. Gdy fotony w postaci promieniowania podczerwonego, które znane jest również jako promieniowanie cieplne, opuszczają układ, wytwarzana jest niewielka ilość energii. W ten sposób system eksperymentalny wykorzystuje to, co naukowcy nazywają „efektem negatywnego oświetlenia” - czyli przepływ wychodzącego promieniowania, gdy ciepło ucieka z Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Konfiguracja zastosowana w urządzeniu wykorzystuje półprzewodnik podczerwieni skierowany w niebo, aby przekształcić ten przepływ w prąd elektryczny.
Obliczenia wykonane po tym, jak fotodioda wytworzyła energię elektryczną pokazały, że przy uwzględnieniu efektów atmosferycznych, obecne urządzenie teoretycznie może generować prawie 4 waty na metr kwadratowy. To z grubsza milion razy więcej niż wygenerowana elektryczność podczas eksperymentów. Dla porównania dzisiejsze panele słoneczne generują od 100 do 200 watów na metr kwadratowy.
Doświadczenia pokazały, że tego typu urządzenia są obiecującą technologią. Ale ta sama zasada może zostać wykorzystana do odzyskania ciepła z maszyn, choć do tego jeszcze daleka droga. Obecnie naukowcy koncentrują się na poprawie wydajności swojego urządzenia.
Źródło: Science Alert, EurekAlert!
