Земля как электростанция
Федерико Капассо (слева) и Стивен Бирнс. Фото: Eliza Grinnell / SEAS Communications

Федерико Капассо (слева) и Стивен Бирнс. Фото: Eliza Grinnell / SEAS Communications

Американские физики предложили проект харвестера эмиссионной энергии, вырабатывающего энергию из инфракрасного излучения Земли

Физики из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук представили проект электростанции, которая будет генерировать энергию из инфракрасного излучения Земли, пишет сайт Science Daily. Технологию они описали в статье «Получение возобновляемой энергии из земного инфракрасного излучения», опубликованной в американском научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Возобновляемую энергию можно получать, когда тепло распространяется от теплого объекта к холодному. Это применимо к инфракрасному тепловому излучению, поднимающемуся от поверхности Земли в холодный открытый космос. Харвестер эмиссионной энергии — устройство, которое может генерировать энергию, испуская тепловое излучение в небо. Обсуждаются два возможных варианта конструкции: тепловой харвестер (аналогично гелиотермальной энергетике) и оптоэлектронный харвестер (аналогично фотовольтаической энергетике). Что касается последнего, мы предлагаем использовать ректенну и описываем принципы работы, пределы эффективности, детали конструкции и возможные технологические реализации», — говорится в анонсе научной работы.

Руководитель проекта — Федерико Капассо, физик с мировым именем, бывший сотрудник знаменитой научно-конструкторской корпорации Bell Laboratories. Капассо — один из крупнейших экспертов в физике полупроводников, фотонике и твердотельной электронике, пионер в исследованиях запрещенной зоны, изобретатель квантово-каскадный лазер. Именно Капассо экспериментально продемонстрировал неуловимый квантовый феномен — так называемый эффект Казимира, свидетельствующий, что вакуум представляет собой не абсолютную пустоту, а постоянные колебания квантовых флуктуаций.

«Не так уж очевидно, как генерировать энергию постоянного тока, испуская инфракрасное излучение в холодный космос. Генерировать электроэнергию, излучая, а не поглощая свет, — это невероятно. Речь идет о физике на наномасштабах и совершенно новом устройстве», — цитирует Science Daily ученого.

По его словам, физики всегда пренебрегали средневолновой областью инфракрасного излучения, поскольку она крайне трудна для изучения. Долгое время средневолновая область ИК оставалась темным пятном в спектроскопии — ровно до тех пор, пока Капассо с коллегами не соорудил квантово-каскадный лазер, который работает именно с этим диапазоном. Теперь же изобретатель предложил нечто похожее на фотовольтаические панели солнечных батарей, но вместо захвата падающего видимого света харвестер будет генерировать электроэнергию, испуская инфракрасный свет.

«В солнечном свете содержится энергия, так что фотовольтаика имеет смысл — вы просто собираете энергию. Но на самом деле это не так уж и просто, а как собирать энергию из излучаемого инфракрасного света — еще менее понятно. Непонятно ни сколько энергии можно получить таким способом, ни стоит ли этим вообще заниматься, пока вы не сядете и не сделаете расчеты», — рассказал соавтор исследования Стивен Бирнс.

Расчеты показали, что электроэнергии таким образом можно получить не очень много, но что можно — это совершенно точно.

Физики предлагают два варианта устройства. Первый — тепловой харвестер, работающий как солнечный термоэлектрогенератор. Такой производит электричество за счет разницы температур и состоит из двух специальных пластин. Одна из них имеет комнатную температуру. Другая — холодная. Она направлена в небо и сделана из высокоэмиссионного материала, который остывает, излучая инфракрасное тепло. Инженеры провели ночью эксперимент, в ходе которого разница температур между пластинами генерировала несколько ватт на квадратный метр. По словам Бирнса, этот подход все еще «довольно интуитивен», поскольку объединяет знакомые принципы тепловых двигателей и радиационного охлаждения.

Второй вариант харвестера гораздо сложнее и опирается на разницу температур между электронными компонентами наноразмеров — диодов и антенн. Для человеческого осязания такие разницы незаметны. Именно с оптоэлектронным харвестером ученые связывают большие надежды.

«Если у вас есть два компонента одной температуры, ничего не заработает, но если температуры различаются — все получится. Но это запутанно, на уровне электронов объяснение гораздо менее интуитивно», — объяснил Капассо.

Компоненты электрической цепи могут спонтанно направлять ток в любом направлении — это называется электрическим шумом. Британский физик Джон Ганн показал, что если у полупроводникового диода будет более высокая температура, чем у резистора, он будет толкать ток в одном направлении, производя положительное напряжение. Капассо полагает, что роль резистора может сыграть микроскопическая антенна, которая будет крайне эффективно испускать инфракрасное излучение Земли к небу, охлаждая электроны только в своей части цепи. В результате электрический ток получается непосредственно из процесса излучения.

Конструкторы работают с инфракрасными диодами уже без малого полвека — и в этой области пока что не случалось особо прорывных инноваций. Однако последние технологические достижения в плазмонике, микроэлектронике и материаловедении (в частности открытие графена) теоретически позволяют соорудить оптоэлектронный харвестер. Ученые рассчитывают, что в будущем появятся электростанции одновременно и с солнечными панелями, и с харвестером эмиссионной энергии — такая пара сможет вырабатывать электроэнергию днем и ночью.

Гарант мира в пустыне Далее в рубрике Гарант мира в пустынеSIPRI прогнозирует увеличение роли России в становлении и модернизации армий стран Средней Азии Читайте в рубрике «Наука и технологии» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»

Комментарии

05 марта 2014, 15:01
надо выкопать яму присосаться к земному ядру и качать оттуда тепло, вот вам и энергия задорма, здорово йа придумал, требую премию
05 марта 2014, 16:38
Еще Тесла говорил, что человечество обладает огромными возможностями получения энергии из эфира. Но тайны свои он унес с собой ибо считал что мы еще не доросли
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Расширяйте круг интересов!
Мы пишем об истории, обороне, науке и многом другом. Подписывайтесь на «Русскую планету» в соцсетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»