Menghasilkan Daya Menggunakan Radiasi Termal Ambient Bumi

Memanfaatkan Gradien Suhu

Sebagian besar metode pembangkitan daya kami bergantung pada perbedaan suhu. Perbedaan ini sering dibuat dengan memanaskan satu bagian melalui pembakaran bahan bakar fosil (batubara, minyak, gas), fisi nuklir, pengeboran jauh ke dalam bumi (geotermal), atau memusatkan sinar matahari (surya terkonsentrasi).

Perbedaan termal ini kemudian digunakan untuk memanaskan air atau cairan lain (seperti garam cair) untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik.

Jadi meskipun secara langsung menangkap sinar matahari (fotovoltaik) atau gerakan alami (tenaga angin, tenaga air, pasang surut) juga merupakan kemungkinan, gradien termal adalah bentuk pembangkitan daya yang paling umum, sejak zaman mesin uap hingga saat ini.

Gradien termal lain yang secara teoretis dapat dimanfaatkan adalah perbedaan suhu antara Bumi dan luar angkasa.

Suhu rata-rata permukaan Bumi kira-kira 15°C (59°F), sementara luar angkasa berada pada −270°C (−454°F). Diferensial termal teoretis yang sangat besar ini telah lama menarik perhatian peneliti, tetapi memanfaatkannya jauh dari hal yang sederhana.

Menyebarkan Panas ke Luar Angkasa

Untuk radiasi termal pada panjang gelombang antara 8 dan 13 μm, atmosfer sepenuhnya transparan dan memungkinkan panas Bumi meloloskan diri ke luar angkasa. Ini adalah mekanisme utama yang memungkinkan planet kita mendingin setelah menerima energi dari Matahari.

Secara teori, sebuah mesin yang mampu memancarkan pada panjang gelombang ini, atau frekuensi yang cukup dekat yang memancarkan energi ke langit yang lebih dingin (dibandingkan dengan tanah), dapat menghasilkan listrik dari suhu ambient.

Faktanya, metode ini telah dibuktikan, menggunakan perangkat semikonduktor dengan celah rendah atau generator termoelektrik. Namun metode ini tidak praktis untuk pembangkitan daya yang ekonomis karena output daya yang rendah dan kebutuhan akan elemen tanah jarang.

Tetapi ilmuwan Tristan J. Deppe dan Jeremy N. Munday, yang bekerja di University of California, mungkin telah menemukan alternatif menggunakan mesin Stirling. Mereka menerbitkan karya mereka di jurnal ilmiah bergengsi Science¹, dengan judul “Mechanical power generation using Earth’s ambient radiation”.

Penjelasan Mesin Stirling

Sedangkan sebagian besar perbedaan suhu digunakan untuk menghasilkan daya dengan turbin yang digerakkan oleh uap, alternatifnya adalah mesin Stirling.

Mesin-mesin ini menciptakan gerakan mekanik ketika satu sisi mesin lebih panas atau lebih dingin daripada sisi lainnya. Berbeda dengan mesin pembakaran internal atau turbin, mesin ini tidak memerlukan pembakaran bahan.

Gerakan mekanik kemudian dapat diubah menjadi listrik dengan alternator sederhana.

Mesin Stirling sangat tahan lama, meskipun relatif berat, yang membatasi penerapannya untuk transportasi.

Efisiensinya juga sedikit lebih rendah dibandingkan turbin, yang menjelaskan mengapa mereka tidak umum digunakan di pembangkit listrik termal atau nuklir. Namun, mereka dapat berfungsi bahkan dengan gradien suhu kecil, sementara turbin memerlukan perbedaan ratusan derajat antara panas dan dingin.

Bagaimana Mesin Stirling Menangkap Energi Termal Ambient

Konsep dasar pembangkitan daya termal ambient yang digunakan di sini memiliki 2 komponen:

• Pelat bawah mesin berada dalam kontak termal langsung dengan permukaan Bumi.
• Pelat atas terhubung secara optik dengan langit.

Untuk mengatur pemancaran panas ke udara pada bagian atas mesin, digunakan cat pemancar inframerah.

Sumber: Science Advances

Metode ini memanfaatkan perbedaan suhu kecil antara tanah dan udara, terutama pada malam hari, yang hanya dapat ditangkap menjadi gerakan/energi oleh mesin Stirling.

Demonstrasi bukti-konsep kami menghubungkan mesin secara radiasi ke langit dan menghasilkan >400 mW/m² daya kontinu di Bumi sepanjang malam.

Pengujian dalam Kondisi Nyata

Metode ini diuji di Davis, California, dengan perbedaan suhu 10°C (18°F) dan rotasi flywheel mesin sebesar 1 Hz. Pengujian dilakukan sepanjang tahun, dengan sebagian besar periode berfungsi, meskipun musim dingin dengan hujan dan awan kurang efisien. Lebih dari suhu absolut, kandungan kelembapan udara yang paling memengaruhi efisiensi sistem ini.

Sumber: Science Advances

Pada kondisi kelembapan tinggi, perbedaan suhu antara siang dan malam berkurang karena konsentrasi air yang tinggi di atmosfer, yang mengurangi daya pendinginan radiasi, memengaruhi potensi energi secara keseluruhan.

Memetakan Potensi Energi Ambient

Menggunakan hasil eksperimen mereka, para ilmuwan memodelkan daerah dengan potensi terbaik untuk penemuan mereka.

Mereka menarik beberapa kesimpulan:

• Kerapatan daya paling tinggi di daerah kering dan pegunungan, di mana radiasi turun paling rendah.
• Daerah dengan kelembapan tinggi memiliki potensi energi yang lebih rendah.
• Pembangkitan daya hampir nol di daerah hutan lebat, di mana kelembapan meningkat mencegah pendingin mengeluarkan panas secara efektif ke langit.

Dengan data ini, mereka membuat peta yang menunjukkan area Bumi dengan potensi terbaik untuk menerapkan mesin Stirling radiasi ambient.

Sumber: Science Advances

Wilayah dengan potensi terbaik adalah:

• Afrika Sahara.
• Stepa Eurasia.
• Antartika selama musim panas.
• Wilayah pedalaman Pantai Barat AS.
• Pegunungan Andes
• Dataran Tinggi Tibet.

Peningkatan di Masa Depan

Geser untuk menggulir →

Pekerjaan ini sangat bersifat bukti-konsep, sehingga beberapa elemen desain dapat ditingkatkan.

Elemen pertama adalah meningkatkan daya pendinginan radiasi. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan material pendinginan radiasi yang dirancang khusus alih-alih cat komersial.

Elemen kedua adalah meningkatkan kopling konduktif ke Bumi, misalnya dengan menggunakan area kontak yang lebih besar dan bahan dengan konduktivitas termal tinggi seperti tembaga.

Mesin yang lebih besar juga dapat meningkatkan total output daya dan efisiensi. Menggunakan helium atau hidrogen alih-alih udara dalam piston mesin Stirling dapat mengurangi gesekan dan meningkatkan hasil.

Terakhir, peradaban industri kita menghasilkan limbah panas yang signifikan dari rumah kaca, pabrik, sistem HVAC, dan bangunan residensial yang dipanaskan di musim dingin, serta sumber lainnya. Hal ini dapat meningkatkan perbedaan suhu antara tanah dan langit secara besar-besaran, meningkatkan produksi energi.

Secara praktik, perbedaan suhu 35-40°C (72°F) dapat menghasilkan hampir 4 kali daya dibandingkan dengan perbedaan 15°C.

Sumber: Science Advances

Menuju “Panel Surya Terbalik”

Karena desain ini bekerja paling baik pada malam hari (meskipun juga dapat beroperasi di siang hari dengan perubahan desain), tampaknya menjadi pelengkap yang baik untuk panel surya fotovoltaik.

Ini juga dapat menjadi cara yang bagus untuk memaksimalkan penggunaan limbah panas, baik itu dari bentuk pembangkitan daya lain, proses industri, bangunan hangat (kantor, apartemen, rumah), atau rumah kaca.

Terakhir, ini dapat dirancang sebagai metode pendinginan tambahan untuk dipasang pada bangunan, dengan sistem menyerap panas dan memancarkannya kembali ke luar angkasa.

Jika diterapkan dalam skala yang cukup besar, ini bahkan dapat menghasilkan daya sambil mengurangi total panas yang ditangkap Bumi, yang cukup unik dibandingkan semua metode pembangkitan daya lainnya.

Perusahaan Mesin Stirling

Aerojet Rocketdyne dan L3 Harris: Inovator Mesin Stirling Terdepan

Mesin Stirling adalah aplikasi niche dalam pembangkitan energi, tetapi tetap merupakan pasar senilai $1,17 Miliar pada 2025, diperkirakan tumbuh 8,5% CAGR hingga 2029, mencapai $1,62 Miliar. Namun, hanya sedikit perusahaan yang aktif di sektor ini terdaftar secara publik.

Aerojet Rocketdyne, sebuah cabang dari kontraktor aerospace & defense L3 Harris, sedang berkolaborasi dengan mitra seperti NASA dan SunPower Inc. untuk mengembangkan mesin Stirling untuk aplikasi luar angkasa.

Aerojet Rocketdyne diakuisisi oleh L3 Harris pada Juli 2023 untuk $4,7 Miliar, menambahkan departemen ke‑empat ke perusahaan.

Sunpower Inc (untuk tidak membingungkan dengan Sunpower, perusahaan panel surya (SPWR )) adalah penemu desain mesin Stirling lanjutan: Free-Piston Stirling Engine (FPSE). FPSE dapat digunakan baik untuk menghasilkan daya dari panas maupun untuk mendinginkan menggunakan daya.

Teknologi ini terutama cocok untuk Radioisotope Power Systems (RPS), yang menggunakan peluruhan alami material radioaktif untuk menghasilkan panas, yang kemudian mesin Stirling mengubah menjadi listrik yang dapat digunakan. Salah satu proyek utama untuk mesin semacam itu adalah menyediakan daya bagi peralatan di Bulan, atau bahkan pangkalan lunar kecil.

Sumber: NASA

NASA telah tertarik pada mesin Stirling sejak lama, berkat keandalannya, operasi tanpa perawatan, dan umur panjang, terutama dengan Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG).

Selain mesin Stirling lunar, L3 Harris adalah perusahaan militer dan aerospace utama. Perusahaan ini menghasilkan 60% pendapatannya dari Departemen Pertahanan AS (DoD), 20% dari pesanan pertahanan internasional, dan 20% dari industri sipil.

Secara mencolok, Harris menguasai 45% pasar radio taktis global, beberapa kali lebih besar daripada pesaing berikutnya.

Mengenai sistem tanpa awak, L3Harris memiliki drone lepas landas vertikal, FVR-90, perahu otonom laut Shadowfox (panjang 13 m), keluarga drone bawah air Iver, dan merupakan kontraktor utama untuk kontrak utama pertama Angkatan Laut AS untuk Medium Unmanned Surface Vehicle (MUSV).

Aerojet juga merupakan pengembang misil hipersonik dan sistem misil lainnya.

Secara keseluruhan, L3 Harris adalah perusahaan teknologi terkemuka dalam sistem otonom, roket, dan sistem energi aerospace, dengan keahlian teknis yang solid untuk kontrak sipil maupun militer.

Berita dan Perkembangan Saham L3 Harris (LHX) Terbaru

Studi yang Dirujuk

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