In de wereld van motoren zijn ingenieurs altijd op zoek naar manieren om de efficiëntie te verhogen en energieverbruik te minimaliseren. Een recente innovatie van professor ingenieur Jeremy Munday van de Universiteit van Davis in Californië heeft geleid tot de ontwikkeling van een motor die kan functioneren zonder elektriciteit en brandstoffen, maar uitsluitend ’s nachts.
Deze motor is geen ideale perpetuum mobile, maar een ingenieuze constructie die gebruikmaakt van fysieke interacties met zijn omgeving. Ondanks zijn kleine formaat, heeft de motor aangetoond dat hij energie kan verzamelen en kracht kan genereren, niet alleen voor zijn eigen aandrijfas, maar ook voor het aandrijven van een ventilator en zelfs een kleine generator.
De basis van de uitvinding
Munday’s motor is gebaseerd op het principe van de Stirling-motor, uitgevonden door Robert Stirling in 1816. Stirling-motoren zijn ontworpen als een alternatief voor stoommachines en zetten warmte om in beweging. Belangrijk is dat in deze motoren de verbranding van gas niet plaatsvindt; het gas blijft in de motor en ondergaat een cyclus van verwarming en afkoeling.
Tijdens het verwarmen stijgt de druk van het gas, waardoor het een zuiger aandrijft. Bij een plotselinge uitzetting koelt het gas af en de zuiger keert terug. Dit proces herhaalt zich snel, wat resulteert in stille en efficiënte bewegingen, waardoor deze motoren ook populair zijn in militaire toepassingen zoals onderzeeërs.
Werking van de nieuwe motor
Voor het functioneren van de motor is een externe warmtebron nodig, traditioneel een constante vlam. Munday stelt nu dat Stirling-motoren eigenlijk geen verbranding nodig hebben; in plaats daarvan kunnen ze functioneren op temperatuurverschillen. Dit opent de deur voor een design dat draait om natuurlijke temperatuurverschillen zonder brandstof of elektriciteit.
De ingenieur gebruikt het principe van stralingskoeling en de “atmosferische venster”, waarop een oppervlak gericht naar de nachtelijke hemel sneller warmte verliest dan de omringende lucht. Dit werkt het beste in heldere nachten met lage luchtvochtigheid.
Unieke constructie
De constructie van de motor omvat twee metalen platen: een kleinere plaat die dichter bij de grond is geplaatst om warmte van de aarde op te nemen, en een grotere plaat die is ontworpen om warmte af te voeren naar de lucht. De temperatuurverschillen tussen deze platen zijn voldoende om de gasexpansie in de aandrijfkamer van de Stirling-motor te activeren.
Experimentele resultaten toonden aan dat een temperatuurverschil van 8-15 graden Celsius tussen de platen voldoende was om de motor te laten draaien met een snelheid van 1 Hz, wat overeenkomt met 60 omwentelingen per minuut.
Beperkingen en mogelijkheden
Hoewel de motor slechts een bescheiden vermogen van 0,4 W/m2 kan leveren, zijn er scenario’s waarin dit nuttig kan zijn. De motor kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor de langzame ventilatie van kassen. Het is echter belangrijk te benadrukken dat de motor alleen ’s nachts functioneert en beperkt is tot specifieke weersomstandigheden en locaties.
Hoewel de praktische toepassingen momenteel beperkt zijn, is de ontdekking van deze alternatieve energiebron opmerkelijk en opent het de weg voor toekomstig onderzoek en potentieel innovatieve toepassingen.
