Ledový třpyt hvězd je plný energie. Kredit: ESO/H. Dahle.

Na vědě je opojné, že dokáže být strojově nudná a strohá, a zároveň naprosto neuvěřitelná. Nad některými tiskovými zprávami váháte, jestli ještě stále není 1. dubna nebo jestli třeba nesníte neklidný sen s obličejem zabořeným do kláves. A když ne, tak je to prostě luxusní výzkum. Právě tohle je případ horké novinky z American Institute of Physics, jejíž pravost a neaprílovost stvrzuje čerstvá publikace v časopisu Applied Physics Letters.

Shanhui Fan uprostřed, ve fialovém. Kredit: Stanford University.

Solární panely představují docela dobrý způsob, jak přijít k energii téměř zadarmo. Solární technologie má ale jeden zásadní háček. K provozu potřebuje Slunce. Bez slunečního svitu není žádná elektřina. Ale jde to i jinak. Fotonický mág Shanhui Fan ze Stanfordu a jeho tým vytvořili experimentální zařízení, které funguje podobně jako solární článek, ale přitom těží elektřinu v noci, tedy ve tmě.

Země je jako ostrov příjemného tepla v mrazivém vesmíru. Fan a spol. využili toho, že když z takového zařízení proudí teplo do okolního vesmíru, tak je z této energie možné těžit elektřinu díky prakticky stejné fyzice, jaká pohání výrobu elektřiny ve dne, ze slunečního záření.

Fanův tým jako první v historii experimentálně dokázal, že je možné vytěžit měřitelné množství energie s pomocí speciální diody, která je funkčně propojená s chladem vesmíru. Jde o infračervené polovodičové zařízení, které je vystavené noční obloze a využívá rozdíl teplot mezi Zemí a vesmírem, aby z něho těžilo elektřinu.

Jak vycucnout elektřinu z vesmírného chladu? Kredit: Masashi Ono.

Jak říká Fan, rozlehlost vesmíru představuje termodynamický zdroj. A zároveň je vlastně krásně symetrické, když můžeme těžit energii z přicházejícího záření a také z odcházejícího záření. Fyzika (negative illumination effect) umožňuje získávat elektřinu, když teplo opouští povrch zařízení. Soudobé technologie ale nedovolují těžit energie z takového rozdílu teplot tak účinně, jako to umí solární článek při těžbě energie ze Slunce.

Badatelé namířili své experimentální zařízení k chladu vesmíru, kde panují teploty jen pár stupňů nad absolutní nulou. Zjistili, že takto dosáhnou natolik velkých rozdílů teplot, že jejich zařízení vytěží nějakou energii. Zároveň autoři připouštějí, že prozatím dovedou vytěžit tak málo energie z chladu vesmíru, že je to velmi hluboko pod teoretickým limitem pro tento typ energetiky. Jejich speciální chladnovesmírná dioda (negative illumination diode) vytěží asi 64 nanowattů na čtvereční metr, tedy jen zcela titěrné množství elektřiny. Je to ale podle všeho slibný začátek, na který je možné navázat, například vylepšením kvantových optoelektronických vlastností používaných materiálů. Alespoň máme jistotu, že tahle technologie funguje.

Fan a spol. si to propočítali. Když se vezmou v úvahu atmosférické jevy a další faktory, tak jejich nynější zařízení může teoreticky produkovat téměř 4 watty na čtvereční metr. Pro srovnání, soudobé solární panely vyrábějí asi 100 až 200 wattů na metr čtvereční. Vědci ještě dodávají, že jejich technologie může využívat nejen proudění tepla do vesmíru, ale také odpadní teplo ze strojů. Fan a jeho tým každopádně pokračují ve výzkumu a neustále vylepšují výkon svého zařízení.

Video:  Shanhui Fan | Nighttime radiative cooling: Harvesting the darkness of the universe


Video:  Shanhui Fan - Control of Thermal Radiation Using Photonic Structures for Energy Applications


Literatura
American Institute of Physics 6. 5. 2019, Applied Physics Letters 1140: 161102.