Ingenieurs van de Universiteit van Californië, Davis, hebben een klein apparaat ontwikkeld dat mechanische energie ’s nachts opwekt door het contrast tussen de omgevingswarmte en de extreme kou van de ruimte te benutten. Hun prototype toont aan dat een eenvoudige Stirlingmotor, in combinatie met een radiatieve koelpan, kan draaien na zonsondergang zonder brandstof.
Het team gelooft dat deze aanpak kan helpen bij het ventileren van kassen en gebouwen in gebieden met heldere nachten. De kracht komt voort uit kleine temperatuurverschillen, wat de Stirlingmotor bijzonder efficiënt maakt. Terwijl verbrandingsmotoren grote temperatuurgradiënten vereisen, kunnen Stirlingmotoren al functioneren met veel kleinere verschillen.
Jeremy Munday, professor in elektrotechniek en computertechniek aan UC Davis, legt uit: “Deze motoren zijn zeer efficiënt wanneer er slechts kleine temperatuurverschillen zijn, terwijl andere soorten motoren beter presteren bij grotere temperatuurverschillen en meer vermogen kunnen genereren.” Deze onderscheidende eigenschap leidde tot het ontwerp van de nieuwe motor.
Een standaard Stirlingmotor bevindt zich tussen twee oppervlakken met verschillende temperaturen. Wanneer beide zijden dezelfde temperatuur hebben, produceert het apparaat geen energie. Munday legt het zo uit: “Als je het gewoon op de tafel zet, zal het zelf geen energie opwekken omdat alle kanten dezelfde temperatuur hebben.” Onderzoekers lossen dit normaal gesproken op door één kant te verwarmen. Munday en afgestudeerde student Tristan Deppe zochten echter juist de tegenovergestelde benadering: zij zochten naar een koudere afvoerpunt in plaats van een warmere bron.
Ze richtten hun aandacht op de buitenruimte. Het team opmerkte dat fysiek contact niet vereist is; warmte kan uitstralen naar de lucht. Munday zei: “Het hoeft niet fysiek in contact te staan met de ruimte, het kan gewoon radiatief interageren met de ruimte.” Dit heeft hij vergeleken met het staan buiten op een heldere nacht, wanneer de warmte snel uit het lichaam ontsnapt.
Deppe en Munday monteerden een eenvoudige Stirlingmotor op een radiatieve koelpan. Ze plaatsten de opstelling op de grond, waarbij de bodem de warme zijde diende. De pan was naar boven gericht en stootte warmte rechtstreeks de nachtelijke lucht in. Dit creëerde voldoende temperatuurverschil om de zuiger te activeren en het vliegwiel te laten draaien.
Een jaar lang testen ’s nachts toonde aan dat het apparaat minstens 400 milliwatt mechanische energie per vierkante meter kon genereren. Het team energie heeft geleverd voor een kleine ventilator en heeft het systeem aangesloten op een elektrische motor om stroom te produceren. Deze demonstraties bevestigden dat koeling door de nachtelijke lucht lichte machines kan laten draaien zonder zonlicht.
De onderzoekers zijn van mening dat het systeem het beste werkt op plaatsen met een lage luchtvochtigheid en veel heldere nachten. Ze geloven dat de methode steun kan bieden voor ventilatie in kassen of luchtcirculatie in huishoudens na het vallen van de nacht. Dergelijke taken vereisen bescheiden vermogen en kunnen profiteren van een bron die werkt wanneer de temperaturen dalen en planten of gebouwen luchtcirculatie nodig hebben.
UC Davis heeft een voorlopig patent voor de technologie aangevraagd. Het team is van plan het ontwerp verder te verfijnen en grotere toepassingen te verkennen. Hun bevindingen tonen aan dat de ruimte kan dienen als een praktische warmteafvoerpunt voor nachtelijke energieopwekking.
