O ήλιος αποτελεί μέρος της ταυτότητας της Αυστραλίας. Και στην πρωτεύουσα Sydney, επιστήμονες της ηλιακής ενέργειας προσπαθούν να εκμεταλλευθούν τη δύναμη του ήλιου για να δημιουργήσουν ενέργεια, αλλά όχι όπως θα περίμενε κάποιος, σύμφωνα με το CNN.
«Δουλεύουμε για να φτιάξουμε συσκευές που δημιουργούν ηλεκτρισμό στέλνοντας φως αντί να το παίρνουν», λέει ο Τζέιμι Χάρισον, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW). «Είναι σαν ένα ανάποδο ηλιακό πάνελ», προσθέτει.
Ο Χάρισον αποτελεί μέλος μιας ομάδας ερευνητών στη Σχολή Φωτοβολταϊκών και Ανανεώσιμης Ενέργειας του πανεπιστημίου, που ψάχνουν νέους τρόπους να παράγουν ρεύμα από τον ήλιο, ακόμα και μετά τη δύση.

Η ενέργεια που απορροφά η Γη από τον Ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας απελευθερώνεται τη νύχτα με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας, ενός αόρατου φωτός στο ανθρώπινο μάτι, αλλά αντιληπτού ως θερμότητα. Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) εργάζονται πάνω σε έναν ημιαγωγό, γνωστό ως θερμοακτινοβολιακή δίοδος, ο οποίος μπορεί να μετατρέπει αυτή την υπέρυθρη ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια.

«Αν παρατηρούσε κανείς τη Γη τη νύχτα με μια κάμερα υπερύθρων, θα την έβλεπε να λάμπει», εξηγεί ο καθηγητής Ned Ekins-Daukes, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας του UNSW. «Αυτό που συμβαίνει είναι ότι η Γη εκπέμπει θερμότητα προς το Σύμπαν», προσθέτει.
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου δεν ήταν οι πρώτοι που ανέπτυξαν την θερμοακτινοβολιακή δίοδο. Ωστόσο, βασιζόμενοι σε προηγούμενη έρευνα των πανεπιστημίων Harvard και Stanford στις ΗΠΑ, ήταν οι πρώτοι που κατάφεραν να αποδείξουν στην πράξη την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από μια τέτοια συσκευή, το 2022.

Προς το παρόν, η τεχνολογία αποδίδει εξαιρετικά μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, περίπου 100.000 φορές λιγότερη σε σύγκριση με ένα συμβατικό φωτοβολταϊκό πάνελ.

«Η παραπάνω ενέργεια είναι αρκετή για να δουλέψει ένα ψηφιακό ρολόι της Casio από τη ζέστη του σώματός σας», λέει ο Ekins-Daukes, εξηγώντας ότι ο καθοριστικός παράγοντας για την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να παραχθεί είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της πηγής θερμότητας και του περιβάλλοντος χώρου. Ακόμη και σε ιδανικές συνθήκες λειτουργίας, όπως τονίζει, στη Γη η θερμοακτινοβολιακή δίοδος θα μπορούσε να αποδώσει ισχύ μόλις 1 watt ανά τετραγωνικό μέτρο.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι υδρατμοί και αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα απορροφούν επίσης θερμότητα από τον Ήλιο, μειώνοντας τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας της Γης και του νυχτερινού ουρανού. Ωστόσο, σύμφωνα με τον ίδιο, οι πραγματικές δυνατότητες της τεχνολογίας βρίσκονται στο Διάστημα, όπου η απουσία ατμοσφαιρικής πίεσης δημιουργεί ένα πολύ ψυχρότερο περιβάλλον λειτουργίας για τη δίοδο.

Στόχος για τον Ekins-Daukes και την ομάδα του είναι η αξιοποίηση της διόδου για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε δορυφόρους. Σήμερα, οι δορυφόροι βασίζονται κυρίως σε ηλιακά πάνελ, μια λύση που έχει σαφείς περιορισμούς, ιδιαίτερα όταν δεν βρίσκονται σε άμεση έκθεση στον Ήλιο.

«Ειδικά σε χαμηλή τροχιά, έχει περίπου 45 λεπτά ηλιακού φωτός και 45 λεπτά σκοταδιού», εξηγεί. «Προφανώς, τα ηλιακά πάνελ λειτουργούν μόνο όταν υπάρχει Ήλιος. Εδώ λοιπόν προκύπτει η ευκαιρία να αξιοποιηθούν και άλλες επιφάνειες του διαστημικού σκάφους, όχι για πλήρη τροφοδοσία, αλλά για παροχή βοηθητικής ενέργειας».
Σύμφωνα με τον ίδιο, η δίοδος θα μπορούσε να παράγει ηλεκτρική ενέργεια από τη θερμότητα που απορροφά ο δορυφόρος όταν βρίσκεται στον Ήλιο και στη συνέχεια ακτινοβολεί προς το εξαιρετικά παγωμένο Διάστημα στη σκιά.

Σήμερα, κατά τις περιόδους σκοταδιού, οι δορυφόροι τροφοδοτούνται από μπαταρίες που φορτίζονται όταν υπάρχει ηλιακό φως. Όπως όμως επισημαίνει ο Ekins-Daukes, οι θερμοακτινοβολιακές δίοδοι προσφέρουν «μια ευκαιρία να αποσπάσουμε λίγη επιπλέον ενέργεια από την επιφάνεια του δορυφόρου».

«Υπάρχει μια γενικότερη τάση στη διαστημική τεχνολογία για μικρότερους δορυφόρους σε χαμηλότερες τροχιές, που όμως διατηρούν τις ίδιες δυνατότητες με τους μεγαλύτερους», αναφέρει. «Ακριβώς γι’ αυτό η θερμοακτινοβολιακή δίοδος μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμη, καθώς είναι ελαφριά και παράγει ενέργεια από επιφάνειες που μέχρι σήμερα δεν αξιοποιούνται».
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει μέσα στο 2026 μια δοκιμαστική πτήση με αερόστατο, ώστε να δοκιμάσει την τεχνολογία σε συνθήκες κοντά στο Διάστημα για πρώτη φορά.

Ο Dr Geoffrey Landis, ερευνητής στο Κέντρο Έρευνας John Glenn της NASA, θεωρεί ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να λειτουργήσει σε δορυφόρους χαμηλής τροχιάς, μόνο όμως εφόσον το κόστος παραμείνει εξαιρετικά χαμηλό. «Οι μπαταρίες είναι φθηνές», σημειώνει. «Θεωρητικά μπορείς να χρησιμοποιήσεις μια θερμοακτινοβολιακή δίοδο, αλλά πιθανότατα θα κοστίζει περισσότερο από μια απλή μπαταρία για αυτά τα 45 λεπτά», προσθέτει.

Η έρευνα του Landis εστιάζει κυρίως σε διαστημικές αποστολές πολύ μακριά από τη Γη, όπως σε δορυφόρους προς τους εξωτερικούς πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος ή οχήματα rover που επιχειρούν σε μόνιμα σκοτεινές περιοχές της Σελήνης.
Σήμερα, τέτοιες αποστολές τροφοδοτούνται από ειδικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, οι οποίες μετατρέπουν τη θερμότητα που προκύπτει από τη διάσπαση ραδιενεργών ισοτόπων, όπως το πλουτώνιο σε ηλεκτρική ενέργεια.

«Αυτά τα συστήματα είναι βαριά, ζυγίζουν περίπου 45 κιλά και έχουν μεγάλο όγκο. Είναι εξαιρετικά ακριβά και προορίζονται μόνο για μεγάλες αποστολές, επειδή το πλουτώνιο είναι δύσκολο και δαπανηρό στην παραγωγή και αποτελεί σπάνιο πόρο», εξηγεί ο Dr Stephen Polly, συνεργάτης του Landis στη NASA.
Όπως σημειώνει, αν και το πλουτώνιο θα εξακολουθούσε να απαιτείται ως πηγή θερμότητας για τις θερμοακτινοβολιακές διόδους στο Διάστημα, οι δίοδοι είναι απλούστερες κατασκευαστικά και διαθέτουν λιγότερα κινούμενα μέρη σε σχέση με τις συμβατικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες.

Πολλές μικρές δίοδοι θα μπορούσαν να συνδεθούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα πάνελ που θυμίζει τα σημερινά φωτοβολταϊκά συστήματα των δορυφόρων. «Το ίδιο το πάνελ αποβάλλει τη θερμότητα ως φως, γεγονός που επιτρέπει μικρότερο μέγεθος, υψηλότερη απόδοση και καλύτερη αξιοποίηση του πλουτωνίου», τονίζει ο Polly.
Σήμερα, οι θερμοακτινοβολιακές δίοδοι κατασκευάζονται από ημιαγωγικά υλικά, παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται στις συσκευές νυχτερινής όρασης. Ωστόσο, όπως επισημαίνει ο Landis, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να διαπιστωθεί αν αντέχουν στις υψηλές θερμοκρασίες που παράγει η διάσπαση ραδιενεργών ισοτόπων.

Τα σημερινά θερμοηλεκτρικά συστήματα στο Διάστημα λειτουργούν σε θερμοκρασίες περίπου 540 έως και 1.000 βαθμών Κελσίου. «Κανείς δεν έχει επιχειρήσει μέχρι σήμερα να λειτουργήσει αυτού του τύπου τους ημιαγωγούς σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες. Δεν γνωρίζουμε αρκετά για τη μακροχρόνια αντοχή τους, ενώ σε μια διαστημική αποστολή θα θέλαμε διάρκεια ζωής 10, 20 ή και περισσότερα χρόνια», σημειώνει.

Οι Landis και Polly ερευνούν νέα υλικά για την κατασκευή και τις δοκιμές μιας θερμοακτινοβολιακής κυψέλης, η οποία, σύμφωνα με τον Polly, θα μπορούσε να επιτρέπει στο σύστημα να λειτουργεί σε θερμοκρασίες έως και 375 βαθμούς Κελσίου.
Όπως σημειώνει, «αν τα αποτελέσματα της έρευνας συνεχίσουν να είναι ενθαρρυντικά», τότε η αξιοποίηση ενός θερμοακτινοβολιακού συστήματος που θερμαίνεται από ραδιενεργά ισότοπα «είναι απολύτως εφικτή μέσα στα επόμενα πέντε έως δέκα χρόνια».

Στο UNSW, η ομάδα του Ekins-Daukes έχει εξασφαλίσει χρηματοδότηση από την Πολεμική Αεροπορία των Ηνωμένων Πολιτειών, με στόχο τη βελτιστοποίηση της διόδου ώστε να λειτουργεί πιο αποδοτικά και να παράγει μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας όταν χρησιμοποιείται σε δορυφόρους χαμηλής γήινης τροχιάς, με μοναδική πηγή θερμότητας την ηλιακή ακτινοβολία.
Παράλληλα, η ερευνητική ομάδα εξετάζει τη χρήση διαφορετικών υλικών, παρόμοιων με εκείνα των συμβατικών φωτοβολταϊκών κυψελών. Σύμφωνα με τον Ekins-Daukes, αυτή η προσέγγιση θα επέτρεπε την αξιοποίηση των υφιστάμενων διαδικασιών παραγωγής φωτοβολταϊκών, διευκολύνοντας τη γρήγορη κλιμάκωση της παραγωγής όταν η τεχνολογία γίνει εμπορικά διαθέσιμη, κάτι που ο ίδιος εκτιμά ότι θα μπορούσε να συμβεί μέσα στην επόμενη πενταετία, σύμφωνα πάντα με το CNN.

Διαβάστε ακόμη 

Ιωάννης Καποδίστριας: Πώς η Ρωσία τίμησε τον πρώτο Κυβερνήτη της Ελλάδας (pic)

Sold out έναν μήνα πριν: Πώς ο Άγιος Βαλεντίνος έγινε η τοπ βραδιά των εστιατορίων

Γερμανία: Φιλόδοξα πλάνα για data centers τροφοδοτούμενα μόνο από πράσινη ενέργεια (pics)

Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφτείτε το Πρώτο Θέμα