«Вечный» генератор питается излучением Земли

Ученые предложили способ использования простого выпрямителя тока для поглощения и переизлучения инфракрасного света, который испускает наша планета. Расчеты показывают работоспособность идеи, предлагающей новый способ генерации чистой энергии.

Физики из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (SEAS) предложили устройство, которое может превращать энергию ИК-излучения в электричество. Как известно, наша планета нагревается Солнцем, и по сравнению с окружающим космическим пространством она очень горячая. Благодаря последним технологическим достижениям, эта разница температур может быть преобразована в постоянный ток (DC). По-сути, излучение Земли – это огромный неиспользованный источник энергии, и ученые нашли возможность извлечь из него пользу.

«На первый взгляд звучит странно: получать энергию, излучая тепло в космос, но наше устройство работает именно так, - рассказывает изобретатель новой технологии физик Федерико Капассо. – Наш прибор является промежуточным звеном на пути ИК-излучения в космос и превращает часть этого излучения в электроэнергию».

Группа Капассо предполагает два различных вида генератора, работающих на принципе захвата ИК-излучения: один, макроразмерный, является аналогом солнечного коллектора, а второй, наноразмерный, - аналогом фотоэлектрчисекой панели.

Устройство, созданное Федерико Капассо, использует средний ИК-диапазон, который до изобретения квантового каскадного лазера оставался вне внимания ученых. Капассо предлагает использовать это излучение для работы оригинальных фотоэлектрических панелей, которые вырабатывают электроэнергию, не поглощая видимый свет, а излучая инфракрасный.

На первый взгляд – это абсурд, солнечная панель излучающая свет, однако расчеты показывают, что она действительно выдает ток. Суть макроразмерного «эмиссионного комбайна» Федерико Капассо в использовании термоэлектрического эффекта: выработки электричества под воздействием разницы температур. Устройство представляет собой две соединенные пластины: одна («горячая») направлена к земле и поглощает ИК-излучение, а вторая («холодная») направлена вверх и сделана из материала, эффективно отдающего тепло.

Ученые измерили ИК-излучение поверхности Земли в городе Ламонт, штат Оклахома, США, и подсчитали, что разница температуры между пластинами позволит генерировать несколько ватт на квадратный метр. Надо отметить, что удельная мощность солнечного излучения в безоблачный день может доходить до 1400 ватт на кв. м, тогда как современные солнечные панели могут преобразовать в электричество лишь 10-20% этой энергии, причем только днем, в то время, как устройство Капассо выдает электричество днем и ночью и не требует наведения на Солнце.

Электрическая схема устройств Федерико Капассо очень проста, однако требует компонентов с уникальными для современной техники характеристиками. На фото три генераторные цепи с разной входящей температурой. Цепь А в равновесии и не вырабатывает ток; цепь В – обычный выпрямитель тока; цепь С – устройство Капассо, вырабатывающее ток

Федерико Капассо также предложил и второй, более эффективный нанотехнологичный, тип круглосуточной солнечной панели, основанной на принципе диода Ганна, предложенного в 1968 году и используемого в полицейских радарах. Суть термоэлектрического генератора второго типа заключается использовании способности электрической цепи самопроизвольно «толкать» ток в любом направлении. Так, если компонент электросхемы, например простой диод, нагрет больше, чем резистор, цепь создает электрический шум, производя положительное напряжение. Федерико Капассо полагает, что роль резистора может выполнить микроскопическая наноантенна, способная эффективно излучать ИК-лучи. Таким образом диод в сочетании с нанотехнологичными антеннами составят термоэлектрическую пару, вырабатывающую ток.

Оба устройства Капассо, на базе макропластин и наноантенн, могут быть созданы с помощью новейших достижений в области плазмоники, микроэлектроники и новых материалов, таких как графен. Возможно, уже в ближайшие годы удастся разработать микроскопические диоды, которые могут работать на низких напряжениях и переключаться с частотой 30 трлн раз. В случае успеха, станет возможным создание высокоэффективных нанотехнологичных термоэлектрических панелей Капассо, которые в буквальном слове будут впитывать энергию из окружающей среды.