موفقیت پژوهشگران در تولید انرژی برق از آسمان شب

تفاوت دمایی شدیدی میان فضای سرد خارج از جوّ و اتمسفر نسبتا مطبوع زمین وجود دارد. دانشمندان می‌گویند با استفاده از همان فناوری به‌‌کاررفته در پنل‌‌های خورشیدی، می‌‌توان از این اختلاف دما برای تولید برق استفاده کرد.

تفاوت اصلی روش پیشنهادی تازه با فناوری رایج در سلول‌‌های خورشیدی (فتوولتائیک) در آن است که روش جدید می‌‌تواند در طول شب به تولید خود ادامه دهد. این، به‌‌معنای معرفی منبع بالقوه‌‌ی تازه‌‌ای برای انرژی‌‌های تجدیدپذیر است که می‌‌تواند به‌‌شکلی پیوسته و فارغ از شرایط آب‌‌و‌‌هوایی کارایی خود را حفظ کند. پنل‌های خورشیدی معمولا متشکل از سلول‌‌های کوچکی از مواد نیمه‌‌رسانا به‌‌شکل دیودهای نوری هستند که می‌‌توانند انرژی فوتون‌‌های نور دریافتی از خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند.

در روش پیشنهادی، این دیودهای نوری به‌‌شکلی معکوس عمل خواهند کرد: وقتی فوتون‌‌ها به‌‌صورت تشعشعات فروسرخ از سطح سیستم به فضا ساطع می‌‌شوند، مقدار اندکی انرژی از خود به‌‌جای خواهند گذاشت.

نمای شماتیک از نحوه‌‌ی تولید الکتریسیته به‌وسیله‌ی یک دیود نوری در حالت عادی و معکوس

بدین‌ترتیب، سیستم پیشنهادی می‌‌تواند از سازوکاری جالب که پژوهشگران از آن به‌‌عنوان «اثر نوری منفی» یاد می‌‌کنند، برای تولید انرژی از تشعشعات گرمایی بازتاب‌‌شده به فضا بهره ببرند. دانشمندان با کمک همین سازوکار، نیمه‌‌رسانای فروسرخی رو‌ به آسمان نصب کردند تا از این بازتاب تشعشعات گرمایی، برق تولید کنند. یکی از پژوهشگران این مطالعه به‌نام شانهوی فن، از دانشگاه استنفورد کالیفرنیا می‌‌گوید:

وسعت جهان، خود نوعی منبع ترمودینامیکی به‌‌شمار می‌‌آید. از دیدگاه علم فیزیک نوری، تقارن بسیار زیبایی میان مهار انرژی تشعشعات ورودی و مهار انرژی تشعشعات خروجی وجود دارد.

فن در سال گذشته، در پروژه‌‌ی تحقیقاتی دیگری همکاری داشت که به‌‌دنبال طراحی نوعی پنل خورشیدی بود و می‌توانست در‌عین‌حال که نورخورشید را جذب می‌‌کند، به گرمای اضافی اجازه دهد به‌‌شکل تشعشعات فروسرخ به فضا منعکس شود. این‌بار پژوهشگران در مطالعه‌‌ای جدید نشان داده‌اند این «برداشت انرژی از آسمان» می‌تواند مقادیر درخورتوجهی انرژی الکتریکی تولید کند؛ هرچند بسیار زود است که بتوانیم از این انرژی به‌‌صورت تجاری بهره‌‌برداری کنیم.

میزان توان استخراج‌کردنی ما در مقطع فعلی، بسیار کمتر از حد نظری تعیین‌‌ شده است.

طرحی کلی از سازوکار دیود نوری فروسرخ به‌‌کاررفته در آزمایش اخیر

با درنظرگرفتن این نکته که پنل‌های خورشیدی امروزی توانایی تولید ۱۰۰ تا ۲۰۰ وات انرژی خورشیدی را در ازای هر مترمربع دارند، می‌توان این‌‌گونه استنباط کرد که هنوز راهی بسیار طولانی تا تجاری‌‌سازی این ایده در پیش است. بااین‌حال، حتی این فناوری در ابتدایی‌‌ترین شکل ممکن خود هم قابلیت راه‌‌اندازی تجهیزات و ماشین‌‌های کم‌‌مصرف را در طول شب خواهد داشت. البته، قرار نیست هر منبع تجدیدپذیر جدیدی انرژی یک شهر را تأمین کند.

اکنون که پژوهشگران ثابت کرده‌اند این ایده عملی است؛ پس تنها مشکل پیش رو، افزایش بازدهی و بهبود کارایی این فناوری است. اگر این ایده همچنان بتواند امیدوارکننده باقی بماند، در آینده می‌‌توان از آن برای جذب و تبدیل انرژی حرارتی مازاد تولید‌‌شده‌ی ماشین‌‌آلات دیگر (بازیافت انرژی حرارتی صنایع) نیز بهره برد. پژوهشگران در مقاله‌‌ی منتشرشده این‌‌گونه می‌‌نویسند که پیش‌‌از‌‌این، هرگز موردی مبنی‌‌بر تولید مستقیم انرژی از آسمان به‌‌کمک یک دیود گزارش نشده بود. آن‌ها می‌افزایند:

نتایج ما به روش نوینی از برداشت انرژی از آسمان شب با استفاده‌‌ی مستقیم از سرمای فضای خارج از جوّ اشاره می‌کند.

این پژوهش در مجموعه مقالات Applied Physics منتشر شده است.