Jungtinių Valstijų mokslininkai pasiūlė būdą, kaip panaudoti dar vieną atsinaujinančios energijos šaltinį – infraraudonąją Žemės spinduliuotę.
Harvardo inžinerinių ir taikomųjų mokslų mokyklos (SEAS) fizikai pasiūlė praktinį būdą, kaip dar efektyviau išnaudoti Saulės energijos, kuri šildo mūsų planetą, potencialą. Jų siūlomas įrenginys infraraudonosios spinduliuotės energiją verčia elektra.
Lyginant su Žemę supančia kosmine erdve, mūsų planetos paviršiaus ir kosmoso, į kurį išspinduliuojama Saulės šildomos Žemės infraraudonojo spektro energija, temperatūrų skirtumas yra milžiniškas. Naujausi technologijų raidos pasiekimai leidžia šį temperatūrų skirtumą paversti nuolatine elektros srove. Pasak mokslininkų, iš esmės Žemės infraraudonoji spinduliuotė (IR) yra milžiniškas nepanaudotos energijos šaltinis, kurį galima pasitelkti elektros energijai generuoti, sakoma SEAS pranešime.
„Iš pirmo žvilgsnio tai skamba keistai: gaminti energiją spinduliuojant šilumą į kosmosą, tačiau mūsų prietaisas veikia būtent taip, – aiškina SEAS fizikas Federico Capasso. – Mūsų sukurtas įrenginys yra tarpinė grandis infraraudonosios spinduliuotės kelyje į kosmosą ir dalį jos verčia elektros energija.“
Pranešama, kad F. Capasso vadovaujama tyrėjų grupė siūlo dviejų skirtingų tipų generatorius, naudojančius Žemės spinduliuojamą IR energiją. Vienas iš jų yra makrodydžio ir veikia kaip saulės kolektorius, o antrasis yra nanoįrenginys, kurį galima naudoti kaip įprastinį saulės fotoelementą. Šie įrenginiai naudoja vidurinį IR spinduliuotės diapazoną, kuris iki kvantinio kaskadinio lazerio išradimo nebuvo patraukęs fizikų dėmesio. F. Capasso siūlo naudoti tokio IR spektro energiją naujo tipo fotoelektriniuose skydeliuose, kurie gamina elektrą sugerdami ne saulės šviesos bangas, o spinduliuodami IR.
Nors iš pirmo žvilgsnio tai atrodo absurdiška, skaičiavimai liudija, kad IR spinduliuojantys fotoelementai iš tikrųjų generuoja srovę. Toks generatorius susideda iš dviejų dalių: viena jo plokštė nukreipta į žemę ir sugeria IR spinduliuotę, o kita, pagaminta iš efektyviai šilumą atiduodančios medžiagos, nukreipta į viršų. Elektra gaminama dėl temperatūrų skirtumo.
JAV fizikų skaičiavimai rodo, kad temperatūrų skirtumas tokio tipo generatoriams leidžia generuoti kelių vatų viename kvadratiniame metre elektrinę galią. Saulėtą dieną santykinė saulės energijos galia gali siekti iki 1400 W viename kvadratiniame metre, tačiau šiuolaikinės saulės jėgainės elektra gali paversti tik 10 - 20 proc. viso šios energijos kiekio, ir tai tik dienos metu. Tuo tarpu F. Capasso ir jo kolegų išradimas leidžia generuoti srovę ir dieną, ir naktį, be to, tokie generatoriai neprivalo būti nukreipti į saulę.
Kitas pasiūlytas visą parą veikiančio generatoriaus tipas remiasi nanotechnologijos pasiekimais ir Gano diodo principu veikiančiais saulės skydeliais. Šis termoelektrinis nanogeneratorius išnaudoja elektros grandinės gebėjimą savaime „stumti“ srovę bet kuria kryptimi. Jei elektrinės grandinės komponentas, pavyzdžiui, paprastas diodas, įkaitęs labiau už rezistorių, grandinė sukuria elektrinį triukšmą perduodama teigiamą įtampą.
JAV mokslininkai mano, kad rezistoriaus funkciją gali atlikti mikroskopinė nanoantena, galinti efektyviai spinduliuoti IR spindulius. Tokiu atveju diodas kartu su nanoantenomis sudarytų termoelektrinę porą, gaminančią srovę. Skelbiama, kad abu pasiūlytus generatorių tipus galima pagaminti pasinaudojus naujausiais plazmonikos, mikroelektronikos ir naujų medžiagų, įskaitant grafeną, kūrimo pasiekimus. Taigi, ateityje tokios energijos generavimo sistemos leistų tiesiogine to žodžio prasme sugerti energiją iš jų aplinkos.
SEAS fizikų tyrimų medžiagą šią savaitę paskelbs žurnalas „Proceedings of the National Academy of Sciences“.
