Вчені запропонували спосіб використання простого випрямляча струму для поглинання і перевипромінювання інфрачервоного світла, який випускає наша планета. Розрахунки показують працездатність ідеї, що пропонує новий спосіб генерації чистої енергії.
Фізики з Гарвардської школи інженерних і прикладних наук (SEAS) запропонували пристрій, який може перетворювати енергію ІЧ-випромінювання в електрику. Як відомо, наша планета нагрівається Сонцем, і у порівнянні з навколишнім космічним простором вона дуже гаряча. Завдяки останнім технологічним досягненням, ця різниця температур може бути перетворена у постійний струм (DC). По-суті, випромінювання Землі – це величезне невикористане джерело енергії, і вчені знайшли можливість отримати з нього користь.
«На перший погляд звучить дивно: отримувати енергію, випромінюючи тепло у космос, але наш пристрій працює саме так, – розповідає винахідник нової технології фізик Федеріко Капассо. – Наш прилад є проміжною ланкою на шляху ІК-випромінювання у космос і перетворює частину цього випромінювання у електроенергію».
Група Капассо передбачає два різних види генератора, що працюють на принципі захоплення ІЧ-випромінювання: один, макророзмірний, є аналогом сонячного колектора, а другий, нанорозмірний, – аналогом фотоелектричної панелі.
Пристрій, створений Федеріко Капассо, використовує середній ІЧ-діапазон, який до винаходу квантового каскадного лазера залишався поза увагою науковців. Капассо пропонує використовувати це випромінювання для роботи оригінальних фотоелектричних панелей, які виробляють електроенергію не поглинаючи видиме світло, а випромінюючи інфрачервоне.
На перший погляд – це абсурд, сонячна панель випромінює світло, однак розрахунки показують, що вона дійсно видає струм. Суть макророзмірного «емісійного комбайна» Федеріко Капассо у використанні термоелектричного ефекту: вироблення електрики під впливом різниці температур. Пристрій являє собою дві з’єднані пластини: одна («гаряча») спрямована до землі і поглинає ІЧ-випромінювання, а друга («холодна») спрямована вгору і виготовлена з матеріалу, який ефективно віддає тепло.
Вчені виміряли ІЧ-випромінювання поверхні Землі у місті Ламонт, штат Оклахома, США, і підрахували, що різниця температури між пластинами дозволить генерувати кілька ват на квадратний метр. Треба відзначити, що питома потужність сонячного випромінювання у безхмарний день може доходити до 1400 ват на кв. м, тоді як сучасні сонячні панелі можуть перетворити у електрику лише 10-20 % цієї енергії, причому тільки вдень, у той час, як пристрій Капассо видає електрику вдень і вночі і не вимагає наведення на Сонце.
Електрична схема пристроїв Федеріко Капассо дуже проста, однак вимагає компонентів з унікальними для сучасної техніки характеристиками. На фото три генераторні ланцюги з різною вхідної температурою. Ланцюг А у рівновазі і не виробляє струм; ланцюг В – звичайний випрямляч струму; ланцюг С – пристрій Капассо, що виробляє струм.
Федеріко Капассо також запропонував і другий, більш ефективний нанотехнологічний тип цілодобової сонячної панелі, заснованої на принципі діода Ганна, запропонованого у 1968 році і який використовується у поліцейських радарах. Суть термоелектричного генератора другого типу полягає використанні здатності електричного кола мимовільно «штовхати» струм у будь-якому напрямку. Так, якщо компонент електросхеми, наприклад простий діод, нагрітий більше, ніж резистор, ланцюг створює електричний шум, виробляючи позитивну напругу. Федеріко Капассо вважає, що роль резистора може виконати мікроскопічна наноантена, яка здатна ефективно випромінювати ІЧ-промені. Таким чином діод у поєднанні з нанотехнологічними антенами складуть термоелектричну пару, що виробляє струм.
Обидва пристрої Капассо, на базі макропластин і наноантен, можуть бути створені за допомогою новітніх досягнень в області плазмоніки, мікроелектроніки і нових матеріалів, таких як графен. Можливо, вже у найближчі роки вдасться розробити мікроскопічні діоди, які можуть працювати на низьких напругах і переключатися з частотою 30 трлн разів. У разі успіху, стане можливим створення високоефективних нанотехнологічних термоелектричних панелей Капассо, які будуть вбирати енергію з навколишнього середовища.
