Инженеры создали устройство, которое вырабатывает энергию из холода космоса
Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе нашли способ вырабатывать механическую энергию после захода солнца, используя холод космоса. Результаты их работы опубликованы в журнале Science Advances. Под руководством профессора Джереми Мандей команда создала прототип двигателя Стирлинга, который в сочетании с панелью радиационного охлаждения способен работать ночью без топлива, используя лишь естественные перепады температуры между землей и небом.
Принцип работы двигателя Стирлинга
Двигатель Стирлинга — это особый тепловой двигатель, который преобразует разницу температур между горячей и холодной поверхностями в механическое движение. Газ внутри цилиндра нагревается со стороны более высокой температуры, расширяется и толкает поршень. Затем газ охлаждается на противоположной стороне, сжимается, и цикл повторяется. Такой принцип позволяет двигателю работать даже при небольших перепадах температуры, чего не могут сделать классические двигатели внутреннего сгорания. Мандей объясняет:
«Эти двигатели очень эффективны, когда перепад температур невелик, в то время как другие типы лучше работают при больших градиентах и могут производить больше мощности».
Как холод космоса запускает двигатель
Обычно для работы двигателя нагревают одну сторону, а холодную поддерживают близкой к окружающей температуре. Мандей и его аспирант Тристан Деппе пошли другим путем: они использовали холод ночного неба и космоса. Физический контакт с космосом не требуется — тепло просто излучается от панели в открытое пространство.
«Не нужно касаться космоса физически, достаточно радиационного взаимодействия. Эффект можно сравнить с ощущением, когда человек выходит на свежий ясный воздух ночью и быстро теряет тепло», — объясняет Мандей
Ночные испытания и результаты
Для эксперимента двигатель установили на панель радиационного охлаждения, направленную вверх, а землю использовали в качестве теплой стороны. Разница температур оказалась достаточной, чтобы поршень начал двигаться и вращать маховик. В течение года ночных испытаний устройство стабильно вырабатывало не менее 400 милливатт механической энергии на квадратный метр. Этого оказалось достаточно для вращения небольшого вентилятора и подключения к электрическому мотору для генерации тока.
Ученые отмечают, что метод наиболее эффективен в регионах с низкой влажностью и частыми ясными ночами. Такой подход может быть полезен для вентиляции теплиц, небольших хозяйственных зданий или жилых помещений в теплое время года, когда воздух должен циркулировать после захода солнца, а солнечные панели уже не работают.
Потенциал технологии и планы на будущее
UC Davis подал заявку на патент на эту технологию и планирует расширить прототип для более крупных систем.
«Наши эксперименты показывают, что космос может стать практическим "холодным концом" для выработки энергии ночью», — подчеркнул Мандей.
В будущем команда надеется оптимизировать устройство и адаптировать его для реальных бытовых и промышленных применений. Ученые также считают, что подобные системы могут стать частью гибридных энергоустановок, работающих круглосуточно: днем — на солнечных панелях, ночью — на охлаждении космосом.