Инженеры из Калифорнийского университета в Дэвисе разработали инновационное устройство, способное генерировать механическую энергию в темное время суток. Принцип работы основан на использовании естественного контраста температур между окружающей средой и холодным космическим пространством. Прототип, оснащенный двигателем Стирлинга и панелью радиационного охлаждения, успешно продемонстрировал возможность работы без использования топлива после захода солнца.
Исследователи полагают, что данная технология может найти применение в обеспечении вентиляции теплиц и зданий, особенно в регионах с ясным ночным небом.
Выбор двигателя Стирлинга обусловлен его уникальной способностью функционировать при незначительных перепадах температур. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, требующих существенных тепловых градиентов, двигатели Стирлинга эффективно работают даже при небольшой разнице температур. Профессор Джереми Мандей подчеркнул, что именно эта особенность позволила создать устройство, способное использовать малые температурные различия, в то время как другие типы двигателей требуют более значительных перепадов для достижения высокой мощности.
Обычно двигатель Стирлинга располагается между двумя поверхностями с разной температурой. При одинаковой температуре со всех сторон устройство не функционирует. Как отметил Мандей, простое размещение двигателя на столе не приведет к выработке энергии, поскольку температура будет равномерной. Традиционно для создания температурного градиента одну из сторон нагревают. Однако команда Мандея и аспиранта Тристана Деппа пошла иным путем, сосредоточившись на создании эффективного отвода тепла, а не его источника. Они обратили внимание на глубокий космос, понимая, что для теплообмена не требуется физический контакт – тепло может излучаться в небо. Мандей сравнил этот процесс с тем, как тело быстро теряет тепло на улице в ясную ночь.
В ходе экспериментов Депп и Мандей установили простой двигатель Стирлинга на панель радиационного охлаждения. Конструкция была размещена на земле, при этом почва служила теплой стороной, а панель, направленная вверх, эффективно отводила тепло в ночное небо. Это создало достаточный температурный перепад для активации поршня и вращения маховика. Результаты годовых ночных испытаний показали, что устройство способно генерировать механическую мощность не менее 400 милливатт на квадратный метр.
Команда успешно продемонстрировала работоспособность системы, запитав небольшой вентилятор и подключив ее к электродвигателю для выработки тока. Эти эксперименты подтвердили, что охлаждение через ночное небо может приводить в действие легкие механизмы без использования солнечного света. Исследователи отмечают, что система наиболее эффективна в регионах с низкой влажностью и частыми ясными ночами. Они считают, что данный метод может быть использован для поддержания вентиляции в теплицах или циркуляции воздуха в жилых домах в ночное время.
Подобные задачи, требующие умеренной мощности, могут быть успешно решены с помощью источника энергии, работающего при понижении температуры, что особенно актуально, когда растениям или зданиям необходима циркуляция воздуха. Университет уже подал предварительную патентную заявку на эту технологию. Команда планирует дальнейшее усовершенствование дизайна и исследование возможностей для более масштабного применения. Полученные результаты убедительно демонстрируют, что космос может служить практичным теплоотводом для генерации энергии в ночное время.
