Infrapunasta uusi energialähde?

Harvard School of Engineering and Applied Sciencesin (SEAS) fyysikot ovat mielessään kehitelleet laitetta, joka kerää energiaa maan infrapunasäteilystä ulkoavaruuteen.

Auringon lämmittämä planeettamme on lämmin verrattuna avaruuden kylmään tyhjiöön. Tutkija toteavat, että viime aikojen teknologisten edistysaskelien ansiosta tämä lämmön epätasapaino saattaa pian muuntua tasavirtatehoksi ​​(DC).

Menetelmässä tehoa tuotetaan säteilemällä, eikä absorboimalla. Se on hieman outoa sillä sen sijaan että pyydystetään tulevaa näkyvää valoa, laite voisi tuottaa sähköä vapauttamalla infrapunavaloa avaruuteen.

Erilaisia ​​mahdollisuuksia osoittaakseen, tutkimusta vetäneen Federico Capasson ryhmä ehdottaa kahta erilaista emissiivistä energian harvesteria. Toinen niistä muistuttaa aurinkolämpövoimalaa ja toinen aurinkosähkökennoa mutta ne molemmat toimisivat vastasuuntaisesti.

Ensimmäisen tyypin laitteeseen kuuluisi "kuuma" levy maan ilmakehän lämpötilassa, ja sen päällä "kylmä" levy. Ylöspäin oleva kylmä levy olisi valmistettu emissiivisestä materiaalista, joka jäähdyttää säteilemällä lämpöä taivaalle.

Käytännön mittaustensa perusteella tutkijat laskevat, että levyjen välinen lämpöero voisi tuottaa muutaman watin neliömetriä kohti, sekä päivällä että yöllä. Kuitenkin pitää "kylmä" levy viileämpänä kuin ympäristön lämpötila olisi vaikeaa, mutta tämä laite enemmänkin havainnollistaa perusperiaatteen: lämpötilaerot generoivat työtä.

Toinen ehdotettu laite perustuu lämpötilaeroihin nanomittakaavan elektronisissa komponenteissa kuten diodeissa ja antenneissa.

Kuvan A komponenttien virtapiiri voi spontaanisti puskea virtaa jompaankumpaan suuntaan sähköisestä kohinasta johtuen. Mutta kun diodi kuvassa C on korkeammassa lämpötilassa kuin vastus, se puskee vain virtaa yhteen suuntaan.

Capasson ryhmä ehdottaa, että jos vastuksen sijalla olisi mikroskooppinen antenni, joka säteilee maan infrapunasäteilyä kohti taivasta, se jäähdyttäisi elektroneja ainoastaan tässä osassa piiriä. Näin saataisiin sähkövirtaa suoraan säteilyprosessista, ilman makroskooppisen objektin välivaiheen jäähdytystä.

Harvardin ryhmä toteaa, että heidän tutkimuksensa selkeyttää jäljellä olevia haasteita. Puuttuu esimerkiksi tähän tarkoitukseen sopiva infrapunadiodi. Vaihtoehtoina on tutkittu uudenlaisia ​ballistisia ja tunneloivia ​diodeja, jotka pystyvät käsittelemään pienempiä jännitteitä.

Toinen vaihtoehto olisi lisätä piirikomponenttien impedanssia, mikä nostaa jännitettä enemmän käytännön tasolle. Lisäksi diodin pitäisi toimia infrapunan taajuuksilla.

Vaikka alkuun oli epäselvää olisiko menetelmä edes mielekäs niin laskelmat ja kokeilut ovat osoittaneet ratkaisun rajoitteet ja tekniset mahdollisuudet toteavat tutkijat laitoksensa tiedotteessa.