Dünya ile uzay arasındaki sıcaklık farkı Stirling motorunu çalıştırıyor

California Davis Üniversitesi'nden (UC Davis) bir mühendis ekibi, düşük sıcaklıklı bir Stirling motoru kullanarak geceleri mekanik enerji üretmek için sıcak Dünya ile soğuk uzay arasındaki sıcaklık farkını kullanmayı başardı. Bir test kurulumunda bilim insanları bir serayı havalandırmak için Stirling tahrikini kullandılar. Ancak başka uygulamalar da düşünülebilir.

UC Davis mühendisleri 200 yıldan daha eski bir teknoloji kullanıyor: Robert Stirling tarafından icat edilen ve 1816'da patenti alınan Stirling motoru. Stirling ısı motoru oldukça basit bir şekilde inşa edilmiştir ve çalışma şekli basittir. Bir silindirin içinde bir gaz ısıtılır. Silindir hareketli bir pistonla kapatılır. Gaz genleşir ve yine hareketli bir pistonla kapatılan ikinci bir silindire aktarılır, burada soğutulur ve sıkıştırılır. Gaz iki oda arasında hareket ederek sıcaklığı ve basıncı değiştirir. İki piston bir bağlantı yoluyla bir volana bağlanır ve bu volan daha sonra tahrik olarak kullanılabilecek dairesel bir hareket gerçekleştirir. Verimliliği artırmak için genellikle sıcak silindirden soğuk silindire giden yolda bir rejeneratör bulunur. Ayrıca gaz soğuktan sıcak silindire aktığı anda emdiği ısıyı da serbest bırakır.

İtki için Dünya ile uzay arasındaki sıcaklık farkı

Uygulamada, sıcak ve soğuk arasındaki sıcaklık farkını elde etmek için Stirling motoruna dışarıdan yakıt yakılarak yapay olarak ısı sağlanır. UC Davis'teki mühendislik ekibi ise farklı bir yaklaşım benimsiyor: Güneşin ısıttığı dünya ile geceleri soğuğunu dünyaya yayan soğuk uzay arasındaki doğal sıcaklık farkını kullanıyorlar. Soğuk hava bir çeşit anten tarafından yakalanıp Stirling motoruna aktarılıyor.

Elektrik mühendisliği ve bilgi teknolojisi profesörü Jeremy Munday, süreci şu şekilde açıklıyor: “Fiziksel olarak uzaya dokunması gerekmiyor, sadece radyasyon yoluyla uzayla etkileşime girebilir” diyor Munday. “Soğuk ve açık bir gecede dışarıda durmak gibi: ısı yayıldığında başınız hızla soğuyor.”

Araştırmacıların tasarımında Stirling motoru, dünyanın ısısını emen bir plaka üzerinde oturuyor. Zemin Stirling motorunun bir tarafını ısıtmak için kullanılır. Metal plaka şeklindeki anten, uzayın soğuğunu yakalayarak motorun soğuk tarafına yönlendirir.

Mühendislere göre, küçük sıcaklık farklılıkları bile motoru çalıştırmak için yeterli: “Bu motorlar, yalnızca küçük sıcaklık farkları olduğunda çok verimli olurken, diğer motor türleri daha iyi çalışır ve daha büyük sıcaklık farklarıyla daha fazla enerji üretebilir.” diye açıklıyor Munday.

“Dünyanın ortam radyasyonunu kullanarak mekanik enerji üretimi” çalışmasında kaydedilen ve Science Advances dergisinde yayınlanan araştırma sonuçları, kullanılan Stirling motorunun metrekare başına en az 400 mW mekanik güç üretebildiğini gösterdi. Bilim adamları motoru bir sera fanına güç sağlamak için kullandılar. Başka bir deney düzeneğinde ise bunu bir elektrik motoruna bağlayarak elektrik üretmek için jeneratör olarak kullandılar.

UC Davis, süreçle ilgili geçici bir patent başvurusunda bulundu.

(olb)