În nopțile senine, Pământul emană căldură către spațiu. Inginerii de la Universitatea California, Davis (UC Davis) au demonstrat că această răcire naturală poate genera un flux constant de energie.
Motorul lor mic, amplasat în aer liber, a folosit cerul nocturn ca rezervor rece, a menținut o diferență de temperatură semnificativă pe parcursul nopții și a furnizat suficientă energie pentru a pune în funcțiune un ventilator mic. Studiul demonstrează o metodă nouă de a valorifica energia nocturnă folosind fizica pasivă, relatează earth.com.
Cum funcționează dispozitivul
Cercetarea a fost condusă de Dr. Jeremy Munday de la UC Davis, specializat în fotonica pentru energie curată și dispozitive termice radiative.
În nopțile senine, cerul acționează ca un „rezervor de căldură” care atrage energia prin răcire radiativă — căldura este pierdută în spațiu sub formă de radiație infraroșie.
O suprafață orientată spre cer, care emite puternic, poate ajunge la temperaturi sub cele ale aerului fără a folosi pompe sau compresoare. Radiatorul răcește printr-o fereastră atmosferică — un interval de lungimi de undă în care atmosfera este aproape transparentă pentru radiația infraroșie.
Placa inferioară a dispozitivului urmărește temperatura solului, care variază pe parcursul nopții, iar această stabilitate ajută motorul să funcționeze în timp ce placa superioară pierde căldură în spațiu.
Rezultatele experimentelor
La Davis, sistemul a menținut o diferență de temperatură de aproximativ 18 °F (-7,8 °C) între plăcile caldă și rece pe perioade lungi. Aceasta a fost suficient pentru a pune motorul în mișcare aproape o rotație pe secundă și pentru a genera energie mecanică utilizabilă. Echipa estimează că, folosind componente mai bune, se pot obține câțiva wați pe metru pătrat. Într-un test, dispozitivul a pus direct în mișcare un ventilator și, cu un mic motor atașat, a generat și un curent electric modest.
„Motoarele acestea sunt foarte eficiente chiar și la diferențe mici de temperatură. Dacă îl pui pur și simplu pe masă, nu va produce energie singur,” a spus Munday.
Factori care afectează performanța
Aerul uscat și cerul senin ajută radiatorul să elimine căldura, în timp ce nopțile umede reduc efectul deoarece vaporii de apă radiază în aceleași benzi infraroșii.
Hărțile globale realizate cu date NASA arată zonele în care radiația infraroșie din cer este cea mai scăzută, favorizând diferențe mai mari de temperatură. Datele despre temperatura suprafeței terenului, obținute de instrumentul MODIS, furnizează partea caldă a ecuației. Cele mai mari potențiale apar în zone aride și la altitudini mari și uscate.
Ce poate alimenta cerul nopții
Experimentul a arătat mișcarea aerului la aproximativ 0,3 m/s într-un mediu similar cu o seră, suficientă pentru a circula dioxidul de carbon în jurul frunzelor. Aceasta corespunde vitezelor confortabile indicate de standardele ASHRAE (0,15–0,21 m/s). De asemenea, s-au obținut debite de aer apropiate de 0,14 m³/min/persoană, relevante pentru ventilația spațiilor publice.
Motoarele Stirling
Motorul Stirling, un motor extern care transformă diferența de temperatură în mișcare folosind un gaz sigilat, funcționează bine chiar și cu diferențe mici de temperatură.
Folosește doi pistoane și un regenerator pentru a muta gazul între zonele caldă și rece, astfel încât gazul se extinde și se contractă, menținând volanta în mișcare. Eficiența este limitată de eficiența Carnot, dar sistemul UC Davis funcționează eficient la diferențe mici, datorită pierderilor reduse în caz de variații blânde de presiune.
Dezvoltarea sistemelor de energie nocturnă
Performanța poate fi crescută printr-o mai bună conexiune a radiatorului cu cerul și a plăcii calde cu solul. Stratificările speciale și filmările subțiri pot crește emisia în fereastra atmosferică și pot reflecta lumina solară ziua.
Un înveliș vidat ar limita pierderile prin convecție. Contactul termic mai bun cu solul sau apa poate mări diferența de temperatură fără a mări radiatorul. Reducerea frecării și adaptarea motorului la cuplu și turație cresc randamentul electric. De asemenea, se poate folosi căldura reziduală de la ferme sau fabrici pentru partea caldă a motorului.
Nevoi energetice nocturne
Pornirea unui ventilator fără legătură la rețea poate părea modestă, dar acoperă nevoi reale: serele necesită mișcare constantă a aerului pentru absorbția CO₂ și reglarea umidității; clădirile necesită un flux ușor de aer pentru confort chiar și când sistemele de încălzire sau răcire sunt inactive.
Hărțile globale utilizate în studiu se bazează pe radiația infraroșie venită de sus și pe temperatura solului, determinând plafonul diferenței de temperatură pe care radiatorul îl poate obține. Ca orice sistem pasiv, producția variază în funcție de vreme, umbră, vânt și materiale.
Comentează