Pagbuo ng Kuryente Gamit ang Ambient na Thermal Radiation ng Daigdig

Pagtuklas sa mga Gradient ng Temperatura

Karamihan sa ating mga pamamaraan ng pagbuo ng kuryente ay nakasalalay sa pagkakaiba ng temperatura. Kadalasang nalilikha ito sa pamamagitan ng pagpainit ng isang bahagi gamit ang pagsunog ng mga fossil fuel (karbon, langis, gas), nuclear fission, pag-ukit nang malalim sa ilalim ng lupa (geothermal), o pag-concentrate ng sikat ng araw (concentrated solar).

Ang pagkakaibang thermal na ito ay pagkatapos ginagamit upang painitin ang tubig o ibang likido (tulad ng natunaw na asin) upang paandarin ang turbina na gumagawa ng kuryente.

Kaya habang posible rin ang direktang pagkuha ng sikat ng araw (photovoltaics) o likas na galaw (hangin, hidroelektrisidad, alon), ang mga gradient ng temperatura ang pinaka-karaniwang anyo ng pagbuo ng kuryente, mula pa noong panahon ng steam engine hanggang ngayon.

Isa pang gradient ng temperatura na maaaring teoretikal na magamit ay ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng Daigdig at ng kalawakan.

Ang karaniwang temperatura ng ibabaw ng Daigdig ay humigit-kumulang 15°C (59°F), samantalang ang kalawakan ay nasa −270°C (−454°F). Ang napakalaking teoretikal na pagkakaibang ito ay matagal nang kinahihiligan ng mga mananaliksik, ngunit ang pagkuha nito ay hindi basta-basta.

Paglabas ng Init Patungo sa Kalawakan

Para sa thermal radiation na may wavelength sa pagitan ng 8 at 13 μm, ganap na transparent ang atmospera at pinapayagan ang init ng Daigdig na tumakas patungo sa kalawakan. Ito ang pangunahing mekanismo na nagpapalamig sa ating planeta matapos tumanggap ng enerhiya mula sa Araw.

Sa teorya, isang makina na kayang maglabas sa wavelength na ito, o sa isang katulad na dalas na naglalabas ng enerhiya patungo sa mas malamig na kalangitan (kumpara sa lupa), ay maaaring lumikha ng kuryente mula sa ambient na temperatura.

Sa katunayan, naipakita na ang pamamaraang ito gamit ang mga low‑gap semiconductor device o thermoelectric generator. Ngunit ang mga pamamaraang ito ay hindi praktikal para sa ekonomikong pagbuo ng kuryente dahil sa mababang output ng kapangyarihan at pangangailangan ng mga rare‑earth element.

Ngunit ang mga siyentistang sina Tristan J. Deppe at Jeremy N. Munday, na nagtatrabaho sa University of California, ay maaaring nakahanap ng alternatibo gamit ang mga Stirling engine. Inilathala nila ang kanilang pag-aaral sa kilalang siyentipikong journal na Science¹, sa pamagat na “Pagbuo ng Mekanikal na Kuryente Gamit ang Ambient na Radiation ng Daigdig”.

Pagpapaliwanag sa mga Stirling Engine

Habang karamihan ng mga pagkakaiba ng temperatura ay ginagamit upang lumikha ng kuryente gamit ang mga turbina na pinapaandar ng singaw, isang alternatibo ay ang Stirling engine.

Ang mga makinang ito ay lumilikha ng mekanikal na galaw kapag ang isang panig ng makina ay mas mainit o mas malamig kaysa sa kabila. Sa pagkakaiba sa mga internal combustion engine o turbina, hindi ito nangangailangan ng pagsunog ng anumang materyal.

Ang mekanikal na galaw ay maaaring i-convert sa kuryente gamit ang isang simpleng alternator.

Ang mga Stirling engine ay kamangha‑manghang matibay, bagaman medyo mabigat, na naglilimita sa kanilang aplikasyon para sa transportasyon.

Ang kanilang ani ay bahagyang mas mababa kaysa sa mga turbina, na nagpapaliwanag kung bakit hindi ito karaniwang ginagamit sa mga thermal o nuclear power plant. Gayunpaman, maaari itong gumana kahit sa maliit na gradient ng temperatura, samantalang ang mga turbina ay nangangailangan ng daan‑daang degree na pagkakaiba sa pagitan ng mainit at malamig.

Paano Nakakakuha ang mga Stirling Engine ng Ambient na Thermal Energy

Ang pangunahing konsepto ng ambient thermal power generation na ginamit dito ay may 2 bahagi:

• Ang ibabang plato ng makina ay nasa direktang thermal contact sa ibabaw ng Daigdig.
• Ang itaas na plato ay optically coupled sa kalangitan.

Upang pamahalaan ang paglabas ng init patungo sa hangin para sa itaas na bahagi ng makina, ginagamit ang infrared‑emissive paint.

Pinagmulan: Science Advances

Ang pamamaraang ito ay sinasamantala ang maliit na pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng lupa at hangin, lalo na sa gabi, na tanging isang Stirling engine lamang ang makakakuha bilang galaw/enerhiya.

Ang aming proof‑of‑concept demonstration ay radiatively nagkokonekta sa makina sa kalangitan at naghahatid ng >400 mW/m² ng tuloy‑tuloy na kapangyarihan sa Daigdig sa buong gabi.

Pagsubok sa Tunay na Kundisyon

Sinubukan ang pamamaraang ito sa Davis, California, na may pagkakaiba ng temperatura na 10°C (18°F) at 1‑Hz na pag-ikot ng flywheel ng makina. Ang pagsubok ay isinagawa sa buong taon, kung saan karamihan ng panahon ay gumagana, bagaman ang taglamig na may ulan at ulap ay mas hindi epektibo. Higit pa sa aktwal na temperatura, ang nilalaman ng moisture sa hangin ang pinaka‑nakaaapekto sa kahusayan ng sistemang ito.

Pinagmulan: Science Advances

Sa mga kondisyon na mataas ang halumigmig, ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng araw at gabi ay nababawasan dahil sa mataas na konsentrasyon ng tubig sa atmospera, na nagbabawas ng radiative cooling power, at nakaaapekto sa kabuuang potensyal ng enerhiya.

Pagtatala ng Potensyal ng Ambient na Enerhiya

Gamit ang kanilang mga resulta mula sa eksperimento, nagmodelo ang mga siyentipiko ng mga lugar na may pinakamainam na potensyal para sa kanilang imbensyon.

Nag‑draw sila ng ilang konklusyon:

• Ang power density ay pinakamataas sa mga tuyong rehiyon at kabundukan, kung saan ang downward radiation ay pinakamababa.
• Ang mga lugar na may mataas na halumigmig ay may mas mababang potensyal ng enerhiya.
• Ang pagbuo ng kuryente ay halos zero sa mga malalawak na kagubatan, kung saan ang pagtaas ng halumigmig ay pumipigil sa cooler na epektibong mag‑exhaust ng init patungo sa kalangitan.

Gamit ang mga datos na ito, lumikha sila ng mapa na nagpapakita ng mga bahagi ng Daigdig na may pinakamainam na potensyal para ilagay ang ambient radiative Stirling engines.

Pinagmulan: Science Advances

Ang mga rehiyon na may pinakamainam na potensyal ay:

• Saharan Africa.
• Ang Eurasian Steppe.
• Antarctica tuwing tag‑tuyot.
• Mga panloob na rehiyon ng US West Coast.
• Ang kabundukan ng Andes.
• Ang Tibetan plateau.

Mga Hinaharap na Pagpapabuti

Mag‑swipe para mag‑scroll →

Ang gawaing ito ay talagang isang proof‑of‑concept, kaya maraming elemento ng disenyo ang maaaring mapabuti.

Ang unang elemento ay ang pagpapabuti ng radiative cooling power. Maaaring makamit ito sa pamamagitan ng paggamit ng isang iniangkop na radiative cooling material imbes na komersyal na pintura.

Ang ikalawang elemento ay ang pagtaas ng conductive coupling sa Daigdig, halimbawa, sa pamamagitan ng paggamit ng mas malaking contact surface area at mga materyales na may mas mataas na thermal conductivity tulad ng tanso.

Ang mas malaking makina ay maaari ring magdagdag ng kabuuang output ng kapangyarihan at kahusayan. Ang paggamit ng helium o hydrogen imbes na hangin sa piston ng Stirling engine ay maaari ring magpababa ng friction at magpataas ng ani.

Sa huli, ang ating industriyal na sibilisasyon ay lumilikha ng malaking dami ng waste heat mula sa mga greenhouse, pabrika, HVAC system, at pinainit na mga tirahan tuwing taglamig, bukod sa iba pang pinagmumulan. Ito ay maaaring magpataas nang malaki ng pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng lupa at kalangitan, na magpapalakas ng produksyon ng enerhiya.

Sa praktika, ang isang temperature differential na 35‑40°C (72°F) ay maaaring lumikha ng halos 4 na beses na kapangyarihan kumpara sa 15°C na pagkakaiba.

Pinagmulan: Science Advances

Tungo sa “Reverse Solar Panels”

Dahil ang disenyo ay pinakamahusay na gumagana sa gabi (bagaman maaari rin itong tumakbo sa araw kung may mga pagbabago sa disenyo), tila ito ay magandang karagdagan sa mga photovoltaic solar panel.

Maaari rin itong maging mahusay na paraan upang mapakinabangan ang paggamit ng waste heat, maging ito man mula sa ibang anyo ng pagbuo ng kuryente, mga prosesong industriyal, mainit na gusali (opisina, apartment, bahay), o mga greenhouse.

Sa huli, maaari itong idisenyo bilang isang karagdagang paraan ng pagpapalamig na ilalagay sa mga gusali, kung saan ang sistema ay sumisipsip ng init at niradiate pabalik sa kalawakan.

Kung ilalagay sa sapat na sukat, maaari pa itong lumikha ng kuryente habang binabawasan ang kabuuang init na nasasaloob ng Daigdig, na kakaiba kumpara sa lahat ng iba pang pamamaraan ng pagbuo ng kuryente.

Mga Kumpanya ng Stirling Engine

Aerojet Rocketdyne at L3 Harris: Nangungunang Inobador ng Stirling Engine

Ang mga Stirling engine ay isang niche na aplikasyon sa pagbuo ng enerhiya, ngunit ito ay isang $1.17B na merkado noong 2025, inaasahang lalaki ng 8.5% CAGR hanggang 2029, aabot sa $1.62B. Gayunpaman, iilan lamang ang mga kumpanyang aktibo sa sektor na pampubliko.

Aerojet Rocketdyne , isang sangay ng aerospace & defense contractor na L3 Harris, ay nakikipagtulungan sa mga kasosyo tulad ng NASA at SunPower Inc upang mag‑develop ng mga Stirling engine para sa mga aplikasyon sa kalawakan.

Ang Aerojet Rocketdyne ay nakuha ng L3 Harris noong Hulyo 2023 para sa $4.7B, na nagdagdag ng 4^th department sa kumpanya.

Ang Sunpower Inc (huwag ihalo sa Sunpower, ang kumpanyang gumagawa ng solar panel (SPWR )) ay imbentor ng isang advanced na disenyo ng Stirling engine: Free‑Piston Stirling Engine (FPSE). Ang FPSE ay maaaring gamitin upang parehong lumikha ng kuryente mula sa init at magpalamig gamit ang kuryente.

Ang teknolohiyang ito ay partikular na angkop sa Radioisotope Power Systems (RPS), na gumagamit ng natural na pag‑decay ng radioactive material upang lumikha ng init, na ang Stirling engine ay nagko‑convert sa magagamit na elektrikal na kapangyarihan. Isang pangunahing proyekto para sa ganitong makina ay ang mag‑power ng kagamitan sa Buwan, o kahit isang maliit na lunar base.

Pinagmulan: NASA

Matagal nang interesado ang NASA sa mga Stirling engine, dahil sa kanilang pagiging maaasahan, walang pangangailangan sa maintenance, at mahabang buhay, lalo na sa Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG).

Maliban sa mga lunar Stirling engine, ang L3 Harris ay isang malaking kumpanya sa militar at aerospace. Nakuha nito ang 60% ng kita mula sa US Department of Defense (DoD), 20% mula sa internasyonal na mga order ng depensa, at 20% mula sa mga sibil na industriya.

Kapansin‑panuri, kontrolado ng Harris ang 45% ng global tactical radios market, na ilang beses na mas malaki kaysa sa susunod na kakompetensya.

Patungkol sa unmanned systems, ang L3Harris ay may isang vertical take‑off drone, ang FVR‑90, ang marine autonomous boat Shadowfox (13m ang haba), ang pamilya ng underwater drones Iver, at pangunahing kontratista para sa unang malaking kontrata ng U.S. Navy para sa Medium Unmanned Surface Vehicle (MUSV).

Aerojet ay isa ring developer ng hypersonic missiles at iba pang missile system.

Sa kabuuan, ang L3 Harris ay isang nangungunang kumpanya sa teknolohiya pagdating sa autonomous systems, rocketry, at aerospace energy systems, na may matibay na teknikal na kadalubhasaan para sa parehong sibil at militar na kontrata.

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng Stock ng L3 Harris (LHX)

Pag-aaral na Binanggit

^{1. Tristan J. Deppe at Jeremy N. Munday. Pagbuo ng Mekanikal na Kuryente Gamit ang Ambient na Radiation ng Daigdig. Science Advances. 12 Nob 2025. Vol 11, Issue 46. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw6833}