Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το ψυχρό κενό του διαστήματος

Posted on 08/05/2019

0


Οι ηλιακοί συλλέκτες παρουσιάζονται συνήθως ως η καλύτερη επιλογή για «αέναη» ενέργεια, ωστόσο εξακολουθούν να απαιτούν το φως του ήλιου- και διεθνής ομάδα ερευνητών παρουσίασε μια εναλλακτική πρόταση, η οποία δεν παράγει ρεύμα από το φως, μα από το κενό του διαστήματος, αξιοποιώντας την ψυχρότητά του.

Η σχετική έρευνα δημοσιεύτηκε στο Applied Physics Letters (AIP Publishing). Oι ερευνητές έδειξαν για πρώτη φορά πως είναι δυνατή η παραγωγή μιας μετρήσιμης ποσότητας ηλεκτρισμού σε μια δίοδο στρέφοντάς την στο ψυχρό κενό του διαστήματος. Η εν λόγω συσκευή «κοιτά» προς τον ουρανό και χρησιμοποιεί τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ Γης και διαστήματος για την παραγωγή του ρεύματος. Όπως λέει ο Σανχουΐ Φαν, ένας εκ των ερευνητών, «η απεραντοσύνη του σύμπαντος αποτελεί θερμοδυναμική πηγή… από άποψης οπτοηλεκτρονικής φυσικής, υπάρχει πραγματικά αυτή η πολύ όμορφη συμμετρία μεταξύ της συλλογής εισερχόμενης και εξερχόμενης ακτινοβολίας».

Αντίθετα με την αξιοποίηση της εισερχόμενης ενέργειας, όπως κάνει ένας κανονικός ηλιακός συλλέκτης, είναι δυνατή η συλλογή ηλεκτρικής ενέργειας καθώς η θερμότητα εγκαταλείπει μια επιφάνεια. Ωστόσο, με τη σημερινή τεχνολογία δεν είναι δυνατή η αποδοτική συλλογή της.

(νεώτερη ενημέρωση) Οι ερευνητές είχαν μελετήσει πριν από μερικά χρόνια την περίπτωση όπου μια φωτοδίοδος υπερύθρων κάτω από αρνητικό φωτισμό, όπου η φωτοδίοδος διατηρείται σε μια θερμοκρασία Τ και εκτίθεται στην ακτινοβολία ενός ψυχρότερου σώματος, μπορεί να παράξει ηλεκτρική ενέργεια.

(a) Το πάνω διάγραμμα απεικονίζει την καθαρή εισροή φωτονίων από μια θερμή επιφάνεια που δημιουργεί ένα αντίστροφο ρεύμα σε μια συμβατική p-i-n φωτοδίοδο. Το κάτω διάγραμμα υποδεικνύει ότι η καθαρή εκπομπή φωτονίων σε μια ψυχρή επιφάνεια μπορεί να οδηγήσει σε ένα θετικό ρεύμα. (b) χαρακτηριστική καμπύλη για μια φωτοδίοδο που εκτίθεται σε μια επιφάνεια εκπομπής με μικρότερη θερμοκρασία (μπλε) και μεγαλύτερη θερμοκρασία (κόκκινο) από αυτό της διόδου. Τα πράσινα κουτιά παριστάνουν την δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος στα δυο σενάρια μη-ισορροπίας [« Thermal-to-electrical energy conversion by diodes under negative illumination» , Parthiban Santhanam and Shanhui Fan Phys. Rev. B 93, 161410(R)]

Στην τωρινή τους εργασία οι ερευνητές, στρέφοντας τη συσκευή προς το διάστημα, όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν, ήταν σε θέση να επιτύχουν μια αρκετά μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας για την παραγωγή ενέργειας. Όπως ανέφερε ο Μασάσι Όνο, άλλος ένας εκ των ερευνητών, η ποσότητα ενέργειας που παράγεται στο πλαίσιο του εν λόγω πειράματος είναι πολύ κάτω από το θεωρητικό όριο.

Για την ακρίβεια, όπως διαπίστωσαν οι επιστήμονες, η φωτοδίοδος αρνητικού φωτισμού (negative illumination) ήταν σε θέση να παράγει 64 nanowatts ανά τετραγωνικό μέτρο- μια πολύ μικρή ποσότητα, μα σημαντική από αποδεικτικής άποψης, ως προς το κατά πόσον μπορεί να υπάρξει βελτίωση. Υπολογισμοί που έγιναν αργότερα έδειξαν πως, λαμβάνοντας υπόψιν τα χαρακτηριστά της διόδου και την διαπερατότητα της υπέρυθρης ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα, η εν λόγω συσκευή μπορεί θεωρητικά να παράγει περίπου 4 watts ανά τετραγωνικό μέτρο, ποσότητα επαρκή για να βοηθά στην τροφοδοσία εξοπλισμού που πρέπει να λειτουργεί τη νύχτα. Σημειώνεται πως σήμερα οι ηλιακοί συλλέκτες παράγουν 100-200 watts ανά τετραγωνικό μέτρο.

Σύμφωνα με τον Φαν, αν και τα αποτελέσματα της έρευνας είναι ενθαρρυντικά για συσκευές που θα στοχεύουν στον ουρανό, η ίδια αρχή θα μπορούσε να εφαρμοστεί και για την αξιοποίηση της «χαμένης» θερμότητας από μηχανές που είναι σε λειτουργία.

πηγή: https://www.naftemporiki.gr/story/1472688/peiramatiki-suskeui-paragei-ilektrismo-xrisimopoiontas-to-psuxro-keno-tou-diastimatoshttps://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190506163646.htm