पृथ्वी की परिवेशीय थर्मल विकिरण का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न करना

तापमान ग्रेडिएंट्स का उपयोग

हमारी अधिकांश ऊर्जा उत्पादन विधाएँ तापमान अंतर पर निर्भर करती हैं। यह अक्सर जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल, गैस) के दहन, परमाणु विखंडन, गहरी धरती में ड्रिलिंग (भू‑तापीय), या सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने (केंद्रीकृत सौर) द्वारा एक भाग को गर्म करके बनाई जाती है।

यह थर्मल अंतर फिर पानी या किसी अन्य तरल (जैसे पिघला हुआ नमक) को गर्म करने के लिए उपयोग किया जाता है ताकि टरबाइन सक्रिय हो सके और बिजली उत्पन्न हो सके।

इसलिए जबकि सीधे सूर्य के प्रकाश (फोटोवोल्टाइक) या प्राकृतिक गति (पवन ऊर्जा, जलविद्युत, ज्वारीय) को पकड़ना भी संभव है, थर्मल ग्रेडिएंट्स ऊर्जा उत्पादन का सबसे सामान्य रूप हैं, स्टीम इंजन के दिनों से लेकर आज तक।

एक अन्य थर्मल ग्रेडिएंट जिसे सैद्धांतिक रूप से उपयोग किया जा सकता है, वह पृथ्वी और बाह्य अंतरिक्ष के बीच तापमान अंतर है।

पृथ्वी का औसत सतह तापमान लगभग 15°C (59°F) है, जबकि बाह्य अंतरिक्ष −270°C (−454°F) पर स्थित है। यह विशाल सैद्धांतिक थर्मल अंतराल लंबे समय से शोधकर्ताओं को आकर्षित करता रहा है, लेकिन इसका उपयोग करना आसान नहीं है।

ऊष्मा को अंतरिक्ष में उत्सर्जित करना

8 से 13 माइक्रोमीटर तरंगदैर्ध्य के बीच थर्मल विकिरण के लिए, वायुमंडल पूरी तरह पारदर्शी होता है और पृथ्वी की गर्मी को अंतरिक्ष में निकलने देता है। यह मुख्य तंत्र है जो सूर्य से ऊर्जा प्राप्त करने के बाद हमारे ग्रह को ठंडा होने में मदद करता है।

सिद्धांत रूप में, यदि कोई इंजन इस तरंगदैर्ध्य पर उत्सर्जित कर सके, या पर्याप्त निकट आवृत्ति से ठंडे आकाश (भूमि की तुलना में) में ऊर्जा उत्सर्जित कर सके, तो वह परिवेशीय तापमान से बिजली उत्पन्न कर सकता है।

वास्तव में, इस विधि को पहले ही प्रदर्शित किया जा चुका है, जिसमें कम‑गैप अर्धचालक उपकरण या थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर का उपयोग किया गया है। लेकिन इन विधियों को कम शक्ति उत्पादन और दुर्लभ‑धातुओं की आवश्यकता के कारण आर्थिक ऊर्जा उत्पादन के लिए व्यावहारिक नहीं माना जाता।

लेकिन वैज्ञानिक ट्रिस्टन जे. डेप्पे और जेरमी एन. मंडे, जो कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय में काम कर रहे हैं, ने स्टर्लिंग इंजनों का उपयोग करके एक वैकल्पिक समाधान खोजा हो सकता है। उन्होंने अपना कार्य प्रतिष्ठित वैज्ञानिक समीक्षात्मक जर्नल Science¹ में प्रकाशित किया, शीर्षक “Mechanical power generation using Earth’s ambient radiation” के तहत।

स्टर्लिंग इंजनों की व्याख्या

जबकि अधिकांश तापमान अंतराल को भाप द्वारा चलित टरबाइनों से शक्ति उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है, एक वैकल्पिक विकल्प स्टर्लिंग इंजन है।

जब इंजन का एक पक्ष दूसरे की तुलना में गर्म या ठंडा होता है, तो ये इंजन यांत्रिक गति उत्पन्न करते हैं. आंतरिक दहन इंजनों या टरबाइनों के विपरीत, इसमें किसी सामग्री का दहन आवश्यक नहीं होता।

यांत्रिक गति को फिर एक सरल अल्टरनेटर के साथ बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है।

स्टर्लिंग इंजन उल्लेखनीय रूप से टिकाऊ होते हैं, हालांकि अपेक्षाकृत भारी होते हैं, जिससे उनके परिवहन अनुप्रयोग सीमित होते हैं।

उनकी उपज टरबाइनों की तुलना में थोड़ी कम होती है, जो यह समझाता है कि वे थर्मल या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में आमतौर पर उपयोग नहीं होते। हालांकि, वे छोटे तापमान अंतराल के साथ भी कार्य कर सकते हैं, जबकि टरबाइनों को गर्म और ठंडे के बीच सैकड़ों डिग्री अंतर की आवश्यकता होती है।

स्टर्लिंग इंजन कैसे परिवेशीय थर्मल ऊर्जा को पकड़ते हैं

यहां उपयोग किए गए परिवेशीय थर्मल ऊर्जा उत्पादन की मूल अवधारणा में 2 घटक होते हैं:

• इंजन की निचली प्लेट पृथ्वी की सतह के साथ सीधे थर्मल संपर्क में होती है।
• ऊपरी प्लेट ऑप्टिकली आकाश के साथ जुड़ी होती है।

इंजन के ऊपरी भाग से हवा में गर्मी के उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए एक इन्फ्रारेड‑उत्सर्जक पेंट का उपयोग किया जाता है।

स्रोत: Science Advances

यह विधि जमीन और हवा के बीच छोटे तापमान अंतर का उपयोग करती है, विशेष रूप से रात में, जिसे केवल एक स्टर्लिंग इंजन गति/ऊर्जा में बदल सकता है।

हमारा प्रूफ‑ऑफ़‑कॉन्सेप्ट प्रदर्शन इंजन को आकाश के साथ रेडियेटिव रूप से जोड़ता है और रात भर पृथ्वी पर >400 mW/m2 निरंतर शक्ति प्रदान करता है।

वास्तविक जीवन स्थितियों में परीक्षण

इस विधि का परीक्षण डेविस, कैलिफ़ोर्निया में किया गया, जहाँ तापमान अंतर 10°C (18°F) और इंजन के फ्लाईव्हील की 1‑Hz घूर्णन थी। परीक्षण पूरे वर्ष किया गया, जिसमें अधिकांश अवधि कार्यशील रही, हालांकि बरसात और बादलों वाले सर्दियों में दक्षता कम थी। निरपेक्ष तापमान से अधिक, हवा की नमी सामग्री इस प्रणाली की दक्षता को सबसे अधिक प्रभावित करती है।

स्रोत: Science Advances

उच्च नमी वाली स्थितियों में, वायुमंडल में जल की उच्च सांद्रता के कारण दिन और रात के तापमान अंतर में कमी आती है, जिससे रेडियेटिव कूलिंग शक्ति घटती है और कुल ऊर्जा संभावनाओं पर असर पड़ता है।

परिवेशीय ऊर्जा संभावनाओं का मानचित्रण

अपने प्रयोगात्मक परिणामों का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने अपने आविष्कार के लिए सर्वोत्तम संभावनाओं वाले क्षेत्रों का मॉडल बनाया।

उन्होंने कुछ निष्कर्ष निकाले:

• शक्तिदensity सबसे अधिक शुष्क क्षेत्रों और पहाड़ी श्रृंखलाओं में होती है, जहाँ नीचे की ओर विकिरण सबसे कम होता है।
• उच्च नमी वाले क्षेत्रों में ऊर्जा संभावनाएँ कम होती हैं।
• घने वनाच्छादित क्षेत्रों में शक्ति उत्पादन लगभग शून्य के करीब होता है, जहाँ बढ़ी हुई नमी कूलर को प्रभावी रूप से गर्मी को आकाश में निकालने से रोकती है।

इन डेटा का उपयोग करके, उन्होंने एक मानचित्र बनाया जो पृथ्वी के उन क्षेत्रों को दर्शाता है जहाँ परिवेशीय रेडियेटिव स्टर्लिंग इंजनों को स्थापित करने की सर्वोत्तम संभावनाएँ हैं।

स्रोत: Science Advances

सबसे बेहतर संभावनाओं वाले क्षेत्र हैं:

• सहारा अफ्रीका।
• यूरो‑एशियाई स्टेप।
• गर्मियों में अंटार्कटिका।
• संयुक्त राज्य अमेरिका के पश्चिमी तट के अंतर्देशीय क्षेत्र।
• एंडीज़ पर्वत
• तिब्बती पठार।

भविष्य में सुधार

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यह कार्य मुख्यतः एक प्रूफ‑ऑफ़‑कॉन्सेप्ट था, इसलिए कई डिजाइन तत्वों में सुधार किया जा सकता है।

पहला तत्व रेडियेटिव कूलिंग शक्ति को सुधारना होगा। यह व्यावसायिक पेंट के बजाय एक अनुकूलित रेडियेटिव कूलिंग सामग्री का उपयोग करके हासिल किया जा सकता है।

दूसरा तत्व पृथ्वी के साथ संचालक coupling को बढ़ाना होगा, उदाहरण के लिए, बड़े संपर्क सतह क्षेत्र और तांबे जैसी उच्च थर्मल कंडक्टिविटी वाली सामग्री का उपयोग करके।

एक बड़ा इंजन कुल शक्ति आउटपुट और दक्षता को भी बढ़ा सकता है। स्टर्लिंग इंजन पिस्टन में हवा के बजाय हीलियम या हाइड्रोजन का उपयोग करने से घर्षण कम हो सकता है और उपज बढ़ सकती है।

अंत में, हमारी औद्योगिक सभ्यता ग्रीनहाउस, कारखानों, HVAC प्रणालियों, और सर्दियों में गरम आवासीय इमारतों आदि से महत्वपूर्ण अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न करती है। यह जमीन और आकाश के बीच तापमान अंतर को काफी बढ़ा सकता है, जिससे ऊर्जा उत्पादन में वृद्धि होगी।

व्यावहारिक रूप से, 35‑40°C (72°F) का तापमान अंतर 15°C अंतर की तुलना में लगभग 4 गुना अधिक शक्ति उत्पन्न कर सकता है।

स्रोत: Science Advances

“रिवर्स सोलर पैनल” की ओर

क्योंकि यह डिज़ाइन रात में सबसे अच्छा काम करता है (हालांकि डिज़ाइन परिवर्तन के साथ यह दिन में भी चल सकता है), यह फोटोवोल्टाइक सोलर पैनलों के लिए एक अच्छा पूरक प्रतीत होता है।

यह अपशिष्ट गर्मी के उपयोग को अधिकतम करने का एक शानदार तरीका भी हो सकता है, चाहे वह अन्य ऊर्जा उत्पादन रूपों, औद्योगिक प्रक्रियाओं, गर्म इमारतों (कार्यालय, अपार्टमेंट, घर), या ग्रीनहाउस से हो।

अंत में, इसे इमारतों पर स्थापित करने के लिए एक अतिरिक्त कूलिंग विधि के रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है, जहाँ प्रणाली गर्मी को अवशोषित करती है और उसे फिर से अंतरिक्ष में विकिरित करती है।

यदि पर्याप्त बड़े पैमाने पर लागू किया जाए, तो यह पृथ्वी की कुल पकड़ी गई गर्मी को कम करते हुए भी शक्ति उत्पन्न कर सकता है, जो सभी अन्य ऊर्जा उत्पादन विधियों की तुलना में काफी अनोखा है।

स्टर्लिंग इंजन कंपनियाँ

Aerojet Rocketdyne और L3 Harris: प्रमुख स्टर्लिंग इंजन नवप्रवर्तक

स्टर्लिंग इंजन ऊर्जा उत्पादन में एक विशिष्ट अनुप्रयोग हैं, लेकिन फिर भी 2025 में $1.17 बिलियन का बाजार है, जो 2029 तक 8.5% CAGR से बढ़कर $1.62 बिलियन तक पहुंचने की उम्मीद है. हालांकि, इस क्षेत्र में सक्रिय कुछ ही कंपनियां सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध हैं।

Aerojet Rocketdyne , जो एयरोस्पेस एवं रक्षा ठेकेदार L3 Harris की शाखा है, NASA और SunPower Inc जैसे साझेदारों के साथ मिलकर अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए स्टर्लिंग इंजन विकसित कर रहा है।

जुलाई 2023 में $4.7B के लिए अधिग्रहित, कंपनी में एक 4^th विभाग जोड़ते हुए।

Sunpower Inc (सूर्य पैनल कंपनी (SPWR ) के साथ भ्रम न हो) स्टर्लिंग इंजन के एक उन्नत डिज़ाइन का आविष्कारक है: फ्री‑पिस्टन स्टर्लिंग इंजन (FPSE). FPSE को गर्मी से शक्ति उत्पन्न करने और शक्ति का उपयोग करके ठंडा करने दोनों के लिए उपयोग किया जा सकता है।

यह तकनीक विशेष रूप से रेडियोआइसोटोप पावर सिस्टम (RPS) पर लागू होती है, जो रेडियोधर्मी पदार्थ के प्राकृतिक क्षय से गर्मी उत्पन्न करता है, जिसे स्टर्लिंग इंजन उपयोगी विद्युत शक्ति में बदलता है। ऐसे इंजन के लिए एक प्रमुख परियोजना चंद्रमा पर उपकरणों को शक्ति प्रदान करना या यहां तक कि एक छोटा चंद्र बेस चलाना हो सकता है।

स्रोत: NASA

NASA ने अब तक स्टर्लिंग इंजनों में बड़ी रुचि दिखाई है, उनकी विश्वसनीयता, रखरखाव‑मुक्त संचालन और लंबी आयु के कारण, विशेष रूप से एडवांस्ड स्टर्लिंग रेडियोआइसोटोप जेनरेटर (ASRG) के साथ।

चंद्र स्टर्लिंग इंजनों के अलावा, L3 Harris एक प्रमुख सैन्य और एयरोस्पेस कंपनी है। यह अपनी आय का 60% अमेरिकी रक्षा विभाग (DoD) से, 20% अंतरराष्ट्रीय रक्षा आदेशों से, और 20% नागरिक उद्योगों से उत्पन्न करता है।

विशेष रूप से, Harris वैश्विक टैक्टिकल रेडियो बाजार का 45% नियंत्रित करता है, जो अगले प्रतिस्पर्धी से कई गुना बड़ा है।

Regarding अनमैन्ड सिस्टम, L3Harris के पास एक वर्टिकल टेक‑ऑफ़ ड्रोन, FVR-90, theसमुद्री स्वायत्त नाव Shadowfox (13 मीटर लंबी), अंडरवाटर ड्रोन Iver परिवार, and is the prime contractor for the U.S. Navy’s first major contract award for मध्यम अनमैन्ड सतह वाहन (MUSV).

Aerojet भी हाइपरसोनिक मिसाइलों और अन्य मिसाइल प्रणालियों का विकासकर्ता है।

समग्र रूप से, L3 Harris स्वायत्त प्रणालियों, रॉकेट्री, और एयरोस्पेस ऊर्जा प्रणालियों में अग्रणी प्रौद्योगिकी कंपनी है, जिसके पास नागरिक और सैन्य दोनों अनुबंधों के लिए ठोस तकनीकी विशेषज्ञता है।

नवीनतम L3 Harris (LHX) स्टॉक समाचार और विकास

उल्लेखित अध्ययन

^{1. Tristan J. Deppe and Jeremy N. Munday. Mechanical power generation using Earth’s ambient radiation. Science Advances. 12 Nov 2025. खंड 11, अंक 46. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw6833}