Как работает двигатель, который вырабатывает энергию из ночного неба

Энергия, которую можно получать буквально из ночного неба — звучит как фантастика, но сегодня это уже реальный инженерный эксперимент. Исследователи Калифорнийского университета в Дейвисе предложили простую систему на основе двигателя Стирлинга, которая генерирует мощность, просто находясь под чистым звёздным небом и используя естественный тепловой перепад между тёплой Землёй и холодом космоса.

Оказывается энергию можно добывать просто из неба.

Что такое двигатель Стирлинга

В основе установки лежит классический двигатель Стирлинга — компактная тепловая машина с рабочим газом в замкнутом объёме. Такой двигатель не сжигает топливо, почти не шумит и может работать даже от очень слабых источников тепла или холода, если существует хоть небольшой перепад температур между «горячей» и «холодной» частью системы.

Двигатель Стирлинга был предложен ещё в 1816 году шотландским священником и инженером Робертом Стирлингом как безопасная альтернатива ранним паровым машинам. В отличие от паровых и современных двигателей внутреннего сгорания, он представляет собой полностью закрытую систему, где рабочим телом обычно служит воздух или другой газ.

Не забывайте о нашем Дзен, где очень много всего интересного и познавательного!

Главный принцип работы двигателя Стирлинга — использование разницы температур. Когда один участок цилиндра нагревается, а другой остаётся более холодным, газ внутри поочерёдно расширяется и сжимается, двигая поршень и вращая маховик. При этом перепад температур может быть относительно небольшим: достаточно, например, разницы между дном, нагретым чашкой чая, и верхней частью, остывающей на воздухе. Именно способность эффективно работать при малых температурных градиентах сделала такие двигатели удобными для нишевых задач — от криогенных охладителей до вспомогательных систем на подлодках и космических аппаратах.

Холод космоса, как энергия

Идея учёных из UC Davis заключается в том, чтобы задействовать естественный тепловой поток между тёплой поверхностью Земли и холодным космосом. В сухих регионах с ясным небом после захода Солнца воздух быстро остывает, а поверхность Земли продолжает излучать тепло в открытое пространство.

Такой генератор не дает много энергии, но на вентиляцию отдаленной теплицы его хватит.

При ясной погоде создаётся заметный тепловой перепад: грунт остаётся теплее, верхние слои воздуха и открытое небо гораздо холоднее. Это даёт естественный «водопад» температуры, который двигатель Стирлинга способен использовать для превращения тепловой энергии в механическую, а затем и в электрическую.

Чтобы сформировать рабочий градиент, инженеры установили над двигателем специальный лист материала, который отделяет тёплый нижний слой от более холодного верхнего. Поверхность листа покрыли особой краской, состав которой держится в секрете, благодаря которой он интенсивно излучает тепло. В результате внизу создаётся более тёплый «резервуар», а сверху — более холодный, с разницей температур более 10 градусов Цельсия в большинстве месяцев года.

Если ищите что-то интересное на AliExpress, не проходите мимо Telegram-канала "Сундук Али-Бабы"!

Сколько энергии можно получить из ночного неба

В такой конфигурации двигатель Стирлинга превращается в простую и пассивную установку для генерации энергии ночью. Не требуется топливо, сложная электроника или постоянное обслуживание: достаточно ясного неба и подходящего климата с сухим воздухом.

Эксперименты показали, что система способна выдавать около 400 мВт мощности на каждый квадратный метр поверхности. Это немного по меркам крупных электростанций, но вполне достаточно для задач с низким энергопотреблением. Авторы проекта приводят пример небольшого вентилятора, который может прогонять воздух и обеспечивать циркуляцию углекислого газа в теплице — важный параметр для роста растений, особенно в удалённых или автономных объектах.

Около 400 мВт мощности на каждый квадратный метр поверхности — это уже не плохо. Особенно если просто из воздуха.

Кроме приведенного примера такие небольшие, но автономные мощности можно использовать для медленных насосов, датчиков и автономных измерительных станций, а также простых систем охлаждения или циркуляции воздуха. При этом установка не зависит от солнечного освещения и как раз работает в тёмное время суток, когда солнечные панели не дают энергии.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Перспективы применения ночной генерации энергии

Исследователи рассматривают технологию как низкомощный, малозатратный и малотребовательный к обслуживанию источник энергии. Система уже получила предварительную патентную защиту и ориентирована на задачи, где важна автономность, минимум внешней инфраструктуры и стабильность работы месяцами без вмешательства.

Хотя речь явно не идёт о замене традиционных электростанций, концепция демонстрирует интересный подход: использовать не только солнечное излучение днём, но и тепловое излучение от Земли ночью. В сочетании с другими возобновляемыми источниками такая пассивная ночная генерация может стать ещё одним элементом устойчивых автономных энергетических систем будущего.