Zamiast zastanawiać się, jak przechować nadmiar dziennej energii, specjaliści postanowili wykorzystać coś, co mamy za darmo każdej bezchmurnej nocy: naturalny chłód kosmosu. Zbudowali maszynę, która nie śledzi słońca jak panel fotowoltaiczny, lecz odwraca się w stronę ciemnego nieba i traktuje przestrzeń kosmiczną jak niemal idealną chłodziarkę. Jest to klasyczny silnik Stirlinga sprzężony z panelem radiacyjnym, ale zastosowany w sposób, który jeszcze kilka lat temu brzmiałby jak ciekawostka z działu science fiction, ale jego sens potwierdza fakt, że oto dziś trafia na łamy czasopisma Science Advances jako pełnoprawny eksperyment naukowy.
Silnik wykorzystujący kosmos jako chłodziarkę
Podstawę proponowanej właśnie technologii stanowi klasyczny silnik Stirlinga połączony ze specjalnym panelem radiacyjnym. Co ciekawe, urządzenie nie wymaga żadnego zewnętrznego paliwa, bo wystarczy mu naturalna różnica temperatur powstająca po zachodzie słońca.
Wiele silników, a w tym silniki spalinowe, wymaga dużej różnicy temperatur do generowania mocy. Silnik Stirlinga może jednak pracować przy niewielkim kontraście temperatur, podobnym do różnicy między gorącą filiżanką kawy a otaczającym powietrzem – wyjaśnia Jeremy Munday, jeden z twórców technologii.
Czytaj też: Niczym superpanel słoneczny. 1000 godzin w 85 stopniach i bez spektakularnej degradacji
Zasada działania jest elegancko prosta. Ciepła strona silnika łączy się z gruntem, który zachowuje ciepło zgromadzone w ciągu dnia. Zimna strona wykorzystuje specjalny panel działający jak antena promieniująca ciepło w kierunku przestrzeni kosmicznej. Co istotne, panel nie musi fizycznie dotykać kosmosu, bo w praktyce wystarczy jego radiacyjne oddziaływanie. Brzmi jak magia? Może i tak, ale musimy pamiętać, że taka metoda chłodzenia radiacyjnego pozwala osiągnąć ekstremalnie niskie temperatury po zimnej stronie silnika. Przestrzeń kosmiczna ma temperaturę około minus 270 stopni Celsjusza, co tworzy naturalny gradient termiczny z powierzchnią Ziemi. Silnik Stirlinga przekształca tę różnicę w energię mechaniczną, którą można następnie zamienić na prąd elektryczny.
Konkretne liczby z nocnych eksperymentów “energii z kosmosu”
Roczne testy przeprowadzone w warunkach nocnych przyniosły konkretne wyniki. Małe urządzenie generuje co najmniej 400 miliwatów mocy mechanicznej na metr kwadratowy. Chociaż brzmi to skromnie, dla niektórych zastosowań może być wystarczające. Dlatego też naukowcy przetestowali urządzenie w dwóch konfiguracjach obejmujących bezpośrednie zasilanie wentylatora oraz podłączenie do małego silnika elektrycznego przekształcającego ruch w prąd. Oba scenariusze potwierdziły praktyczne działanie technologii, a naukowcy odkryli, że najlepsze wyniki urządzenie osiąga w specyficznych warunkach klimatycznych, bo na obszarach, gdzie wilgotność jest niska, a nocne niebo jest zazwyczaj bezchmurne. Wilgoć i chmury blokują bowiem promieniowanie cieplne, utrudniając efektywne chłodzenie panelu radiacyjnego.
Czytaj też: Chiny znów na ustach całego świata. Wysłali w powietrze elektrownię, która może zmienić świat
Praktyczne zastosowania technologii mogą być różnorodne, choć na razie ograniczone mocą urządzenia. Naukowcy widzą potencjał w wentylacji szklarni podczas nocy, gdy rośliny wymagają cyrkulacji powietrza bez dostępu do energii słonecznej. Podobnie urządzenie mogłoby wspomagać nocną wentylację budynków mieszkalnych, ale wartość tej koncepcji wykracza poza konkretne zastosowania. Technologia pokazuje, że energia odnawialna nie musi ograniczać się głównie do paneli słonecznych czy turbin wiatrowych. Naturalne różnice temperatur między Ziemią a kosmosem występują zawsze po zachodzie słońca, niezależnie od pory roku czy pogody, choć tylko pod warunkiem bezchmurnego nieba.
Perspektywy rozwoju technologii
Historia nocnego silnika wykorzystującego zimno kosmosu dobrze pokazuje, w jakim kierunku przesuwa się dziś myślenie o energetyce. Coraz mniej chodzi o pojedynczy spektakularny wynalazek, który “rozwiąże wszystko”, a coraz bardziej o cały wachlarz wyspecjalizowanych, często niszowych rozwiązań, które uzupełniają się w różnych warunkach. Tutaj mamy technologię, która nie wygra wyścigu na waty z panelami słonecznymi, ale za to pracuje dokładnie wtedy, gdy panele milkną, nie wymaga paliwa i w najlepszym wypadku może dodatkowo pomagać w chłodzeniu budynków.
Czytaj też: Właściciele paneli fotowoltaicznych mogą odetchnąć z ulgą. Nowe prawo usuwa kluczową barierę
Zanim jednak takie generatory trafią masowo na dachy szklarni czy fasady domów, trzeba odpowiedzieć na szereg praktycznych pytań: jak tanio produkować panele radiacyjne, jak bardzo odporne będą na zabrudzenia i warunki atmosferyczne i jak łatwo zintegrować je z istniejącymi instalacjami? Tymczasowy wniosek patentowy złożony przez UC Davis sugeruje, że naukowcy poważnie myślą o dalszym rozwoju tej koncepcji, a nie traktują jej wyłącznie jako ciekawostki do artykułu naukowego. Jeśli kolejne lata badań potwierdzą stabilność i opłacalność takich urządzeń, możemy doczekać się momentu, w którym nocne niebo przestanie być dla energetyki pustą przestrzenią, a stanie się kolejnym zasobem w bilansie mocy.