భూమి సహజ వేడి నుండి యాంత్రిక శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే కొత్త ఇంజిన్
ట్రిస్టన్ జె. డెప్పే, జెరెమీ ఎన్. ముండే అనే పరిశోధకులు ఒక విప్లవాత్మకమైన కొత్త పరికరాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. అదే స్టిర్లింగ్ ఇంజిన్. ఇది భూమి సహజమైన వేడిని, బయటి అంతరిక్షం చల్లదనాన్ని ఉపయోగించి యాంత్రిక శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగలదు. పునరుత్పాదక ఇంధన రంగంలో ఉన్న ప్రధాన సమస్యలలో ఒకటైన – సౌరశక్తి 24 గంటలు విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయలేకపోవడం, దీనికి ఈ ఆవిష్కరణ ఒక పరిష్కారాన్ని అందిస్తుంది. సూర్యరశ్మిపై ఆధారపడే సౌర ఫలకాలలా కాకుండా, ఈ కొత్త పరికరం ప్రత్యేకంగా మార్పు చేసిన స్టిర్లింగ్ ఇంజిన్ను ఉపయోగించి రాత్రిపూట కూడా నిరంతరాయంగా శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
రేయింబవళ్లు పనిచేసే టెక్నాలజీ
దశాబ్దాలుగా, సౌరశక్తి చాలా ముఖ్యమైనప్పటికీ, దానికి కొన్ని పరిమితులు ఉన్నాయని శాస్త్రవేత్తలకు తెలుసు. విద్యుత్ వినియోగం తరచుగా సౌరశక్తి ఉత్పత్తి ఆగిపోయిన చాలా సేపటి తర్వాత గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది. ఈ కారణంగా భారీ నిల్వ సామర్థ్యం అవసరమవుతుంది. ఈ కొత్త వ్యవస్థ ఒక స్థిరమైన, 24-గంటల శక్తి వనరును ఉపయోగించుకోవడం ద్వారా పూర్తి పరిష్కారాన్ని అందిస్తుంది: అదే, భూమి, అంతరిక్షం మధ్య ఉన్న ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం. అంతరిక్షం సుమారు -270 డిగ్రీ సెంటీగ్రేడ్ చల్లగా ఉండగా, భూమి ఉపరితలం సగటున 27డిగ్రీ సెంటీగ్రేడ్ ఉంటుంది. ఈ భారీ ఉష్ణోగ్రత భేదం నిరంతరం ఉపయోగించుకోగలిగే ఒక శక్తి వనరు.
గతంలో, ఈ 'సహజ రేడియేషన్' నుండి శక్తిని సంగ్రహించడానికి చేసిన ప్రయత్నాలలో తరచుగా తక్కువ-సాంద్రత సెమీకండక్టర్లు లేదా అరుదైన-మూలకాలతో తయారైన సంక్లిష్ట పరికరాలు అవసరమయ్యేవి, వాటిని పెద్దఎత్తున ఉత్పత్తి చేయడం కష్టం. అయితే, ఈ కొత్త విధానంలో తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత భేదంతో పనిచేసే మార్పు చేసిన స్టిర్లింగ్ ఇంజిన్ను ఉపయోగిస్తారు. స్టిర్లింగ్ ఇంజిన్లు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత భేదాలతో కూడా నిరంతరం పనిచేయగలవు, దహనం లేదా సంక్లిష్టమైన దశ మార్పులు అవసరం లేదు, కాబట్టి ఇవి ఈ పనికి చాలా అనుకూలం.
రాత్రిపూట ఇంజిన్ పనిచేసే విధానం
ఈ కొత్త ఇంజిన్ వెనుక ఉన్న ప్రధాన సూ త్రం రేడియేటివ్ కూలింగ్. ఇది భూమిపై ఉన్న వస్తువులు సహజంగానే వేడిని ఆకాశం వైపుకు, అంతరిక్షంలోకి విడుదల చేయడం ద్వారా చల్లబడే ప్రక్రియ.
ఈ ఇంజిన్ రూపకల్పన చాలా సులభం:
వేడి ప్లేట్
ఇంజిన్ కింది ప్లేట్ను భూమి ఉపరితలంతో (నేల) ప్రత్యక్ష ఉష్ణ స్పర్శలో ఉంచుతారు. ఈ నేల వేడి వనరుగా పనిచేసి, వేడిగా ఉన్న ఉష్ణోగ్రతను అందిస్తుంది.
చల్లని ప్లేట్
ఇంజిన్ పై ప్లేట్కు ప్రత్యేక మైన ఇన్ఫ్రారెడ్ ఉద్గార పెయింట్ను పూసి, ఆకాశానికి 'ఆప్టికల్గా కలుపుతారు'. ఈ ప్లేట్ వేడిని వాతావరణంలో ఉన్న 'పారదర్శక కిటికీ' గుండా అంతరిక్షంలోకి సమర్థవంతంగా ప్రసారం చేస్తుంది. అంతరిక్షం శీతల గ్రహణిగా పనిచేస్తుంది.
శక్తి ఉత్పత్తి
రేడియేటివ్ కూలింగ్ కారణంగా, నేలకు కనెక్ట్ చేయబడిన కింది ప్లేట్ కంటే పై ప్లేట్ మరింత చల్లబడుతుంది. ఈ ఉష్ణోగ్రత భేదం స్టిర్లింగ్ ఇంజిన్లోకి వెళ్లి, ఉష్ణ శక్తిని యాంత్రిక కదలికగా మారుస్తుంది.
అద్భుతమైన పనితీరు, ప్రపంచవ్యాప్త సామర్థ్యం
కా లిఫోర్నియాలోని డేవిస్ విశ్వవిద్యాలయం పరిశోధకులు, ఈ ఇంజిన్ వాస్తవ ప్రపంచ సామర్థ్యాన్ని ధృవీకరించడానికి సంవత్సరం పొడవునా బహిరంగ ప్రదేశంలో ప్రయోగాలు చేశారు. వారు నిరంతరంగా 10 డిగ్రీ సెంటీగ్రేడ్ కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత భేదాన్ని సాధించారు, ఇది ఇంజిన్ ఫ్లైవీల్ను సెకనుకు ఒకసారి తిప్పడానికి సరిపోతుంది.
ఈ నమూనా పరికరం ఒక చదరపు మీటరుకు 400 మిల్లీవాట్ల కంటే ఎక్కువ యాంత్రిక శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగలదని నిరూపించింది. అంతేకాకుండా, మెరుగైన డిజైన్తో ఇది ఒక చదరపు మీటరుకు 6 వాట్ల కంటే ఎక్కువ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉందని అంచనా వేశారు.
అయితే, దీని పనితీరు వాతావరణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మేఘాలు లేని ఆకాశం, తక్కువ తేమ ఉన్న రాత్రుల్లో ఉత్తమ ఫలితాలు వస్తాయి. వాతావరణంలో అధిక మొత్తంలో నీటి ఆవిరి (తేమ) ఉంటే, అది రేడియేటివ్ కూలింగ్ ప్రక్రియను అడ్డుకుంటుంది, ఉష్ణోగ్రత భేదాన్ని తగ్గిస్తుంది.
ప్రపంచ వాతావరణ డేటాను విశ్లేషించడం ద్వారా, ఈ సాంకేతికతకు ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఉన్న సామర్థ్యాన్ని పరిశోధకులు మ్యాప్ చేశారు. సహారా ఆఫ్రికా, యురేషియన్ స్టెప్పీ వంటి పొడి ప్రాంతాలు, పర్వత శ్రేణులలో గాలి పొడిగా ఉండటం వలన అత్యధిక శక్తి ఉత్పత్తికి అవకాశం ఉంది. ఇవి ఈ ప్రత్యామ్నాయ శక్తి వనరును అమలు చేయడానికి అత్యుత్తమ లక్ష్యాలు.
విప్లవాత్మక అనువర్తనాలు: ఫ్యాన్లు, గ్రీన్హౌస్లు
యాంత్రిక శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడంతో పాటు, ఈ ఇంజిన్కు తక్షణ, ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలు ఉన్నాయి, ముఖ్యంగా గాలి ప్రసరణలో .పరిశోధకులు ఫ్లైవీల్కు బదులుగా 3D-ముద్రిత ఫ్యాన్ బ్లేడ్ను అమర్చి, స్టిర్లింగ్ ఇంజిన్ను యాక్సియల్ ఫ్యాన్గా మార్చారు. ఈ నిష్క్రియ ఫ్యాన్ రెండు ప్రధాన ప్రయోజనాలను నిరూపించింది:
గ్రీన్హౌస్లు, వ్యవసాయం
ఈ ఫ్యాన్ సెకనుకు 0.3 మీటర్ల కంటే ఎక్కువ గాలి వేగాన్ని సాధించగలదు. గ్రీన్హౌస్లలో కార్బన్ డయాక్సైడ్ ను సమర్థవంతంగా ప్రసారం చేయడానికి ఈ వేగం సరిపోతుంది. ఇది మొక్కల పెరుగుదలను వేగవంతం చేయడానికి, మెరుగుపరచడానికి చాలా అవసరం.
ఇండోర్ కంఫర్ట్, ఆరోగ్యం
చిన్న ఉష్ణోగ్రత భేదాలు వద్ద కూడా ఇది సెకనుకు 0.15 నుండి 0.2 మీటర్ల వరకు గాలి వేగాన్ని ఉత్పత్తి చేయగలదు. ఇది నివాస భవనాలలో ఉష్ణ సౌలభ్యాన్ని నిర్వహించడానికి అమెరికన్ సొసైటీ ఆఫ్ హీటింగ్, రెఫ్రిజిరేటింగ్ అండ్ ఎయిర్-కండిషనింగ్ ఇంజనీర్స్ సిఫార్సు చేసిన వేగం. అదనపు విద్యుత్తును వినియోగిం చే గాలి ప్రసరణ వ్యవస్థల అవసరాన్ని ఇది తగ్గిస్తుంది. ఇంకా, పెద్ద ఉష్ణోగ్రత భేదాల వద్ద, ఈ ఫ్యాన్ గాలి ప్రవాహ రేటు లైబ్రరీలు వంటి బహిరంగ ప్రదేశాలలో ఆరోగ్యకరమైన శ్వాస గాలిని నిర్ధారించడానికి అవసరమైన కనీస వెంటిలేషన్ అవసరాన్ని కూడా తీర్చగలదు.
ఈ ఇంజిన్ డ్రైవ్షాఫ్ట్కు ఒక చిన్న డిసి మోటారును కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా ఇది ఏకకాలంలో యాంత్రిక, విద్యుత్ శక్తిని కూడా ఉత్పత్తి చేయగలదు. నష్టాల కారణంగా యాంత్రిక శక్తిలో కొంత భాగం మాత్రమే విద్యుత్తుగా మారినప్పటికీ, ఉత్పత్తి చేయబడిన ఈ విద్యుత్తును తక్కువ-శక్తి సెన్సార్ల కోసం లేదా చిన్న బ్యాటరీని ఛార్జ్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
పర్యావరణ ప్రభావం, భవిష్యత్తు పరిధి
ఈ వినూత్న సాంకేతికత వాతావరణ మార్పు సమస్యను పరిష్కరించడానికి ఒక కొత్త మార్గాన్ని అందిస్తుంది. భూమి తనలో నిక్షిప్తం చేసుకున్న వేడిలో కొంత భాగాన్ని ఉపయోగపడే శక్తిగా మార్చడం ద్వారా, అంతరిక్షంలోకి వేడిని విడుదల చేసే ప్రక్రియను మెరుగుపరచడం ద్వారా, భూమి గ్రహించే వేడి కంటే విడుదల చేసే వేడి తక్కువగా ఉండటం వలన కలిగే గ్లోబల్ వార్మింగ్ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి ఈ ఇంజిన్ సహాయపడుతుంది.
ప్రస్తుత నమూనా ఒక నిరూపణ-నమూనా మాత్రమే అయినప్పటికీ, పరిశోధకులు పూర్తి సామర్థ్యాన్ని చేరుకోవడానికి భవిష్యత్తులో అనేక మెరుగుదలలను సూచించారు. మెరుగైన ఉష్ణ ఇన్సులేషన్, మరింత సమర్థవంతమైన రేడియేటివ్ కూలింగ్ పదార్థాలు, అధిక ఉష్ణోగ్రత భేదం కోసం పారిశ్రామిక లేదా నివాస ప్రాంతాల నుండి విడుదలయ్యే వ్యర్థ వేడి వనరులకు కింది ప్లేట్ను కనెక్ట్ చేయడం వంటివి ఈ ఆప్టిమైజేషన్లలో ఉన్నాయి. ఈ 'రాత్రిపూట శక్తి వనరు' ప్రస్తుత సౌర సాంకేతికతలకు ఒక వినూత్న, స్థిరమైన, నమ్మదగిన పూరకంగా నిలుస్తుందని హామీ ఇస్తుంది