อเมริกาทำ “เครื่องยนต์” ทำงานด้วยความร้อนในอากาศ ทางเลือก “พลังงานสะอาด” ในอนาคต

ทริสตัน เดปเป้ (Tristan Deppe) และ เจเรมี มันเดย์ (Jeremy Munday) ทีมนักวิจัยจากสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส (University of California, Davis) ในสหรัฐอเมริกา เผยผลงานที่เรียกเสียงฮือฮาให้กับวงการวิศวกรรม ด้วยการสร้าง ต้นแบบเครื่องยนต์ที่ใช้การแผ่ความร้อนในอากาศของโลก เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ใหม่จากอเมริกา

เครื่องยนต์สเตอร์ลิง (Stirling Engine) คืออะไร

เครื่องยนต์ดังกล่าวเรียกว่า เครื่องยนต์สเตอร์ลิง (Stirling Engine) ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ความร้อน ที่อาศัยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของกระบอกลูกสูบ 2 ลูก ที่มีอุณหภูมิต่างกันเป็นตัวชักลูกสูบในวัฎจักรของเครื่องยนต์ และพลังงานที่เกิดขึ้นจะนำไปหมุนเพื่อปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องจักรกลได้

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ประเภทนี้ มีจุดเด่นที่ความเงียบ และทนทาน แต่เพราะพลังงานที่ผลิตได้นั้นน้อยเมื่อเทียบกับความร้อนที่ต้องให้กับตัวเครื่องยนต์ ส่งผลให้ถูกใช้งานในวงจำกัด เช่น เรือดำน้ำที่ต้องลดเสียงรบกวนใต้น้ำให้น้อยที่สุด รวมถึงโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก

การออกแบบเครื่องยนต์สเตอร์ลิงแบบใหม่

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยทั้งสองพบว่า จากการแผ่รังสีความร้อนของอากาศภายในโลก ที่เกิดขึ้นจากดวงอาทิตย์ในช่วงกลางวัน ทำให้เกิดความต่างของอุณหภูมิกับช่วงกลางคืนมากถึง 10 องศาเซลเซียส และคิดเป็นกำลังการผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 6 วัตต์ต่อตารางเมตร

ด้วยเหตุนี้ ทั้งสองจึงได้สร้างต้นแบบเครื่องยนต์สเตอร์ลิงแบบใหม่ ที่แบ่งกระบอกลูกสูบ 2 ตัว ด้วยแผ่นฉนวนความร้อนจากวัสดุพิเศษที่เป็นลิขสิทธิ์เฉพาะ เพื่อให้สามารถใช้การแผ่รังสีความร้อนในอากาศ เป็นแหล่งพลังงานของเครื่องยนต์ และทำงานในช่วงกลางคืนได้

การทดสอบใช้งานเครื่องยนต์สเตอร์ลิงแบบใหม่

เครื่องยนต์ที่พัฒนาขึ้นได้นำไปทดสอบในเรือนกระจก ด้วยการทิ้งไว้กลางแดด เพื่อสะสมความร้อนตอนกลางวัน และเมื่อถึงกลางคืน กระบอกลูกสูบที่อยู่เหนือแผ่นฉนวนจะเย็นลง แต่กระบอกลูกสูบใต้แผ่นฉนวนจะยังร้อนเท่าช่วงกลางวัน ก็จะทำให้เกิดความต่างอุณหภูมิ และสร้างพลังงานขึ้นมา

ผลการทดสอบพบว่า เครื่องยนต์ที่สร้างขึ้น สามารถสร้างพลังงานได้มากกว่า 400 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตร (mW/m2) เพียงพอที่จะทำให้พัดลมขนาดเล็กทำงาน เพื่อสร้างกระแสลมช่วยพัดพาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เป็นสารสำคัญสำหรับการเติบโตของพืชในเรือนกระจกในช่วงเวลากลางคืน

แม้ว่าผลงานดังกล่าวจะเป็นเพียงต้นแบบพิสูจน์แนวคิด (Proof-of-concept) แต่ทั้งสองเชื่อว่าหลักการใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิง จากการแผ่รังสีความร้อนจะกลายเป็นแนวทางการผลิตไฟฟ้าทางเลือก โดยเฉพาะการเสริมการผลิตไฟฟ้าในช่วงกลางคืนที่โซลาร์เซลล์ไม่สามารถทำงานได้

โดยปัจจุบัน ผลงานวิจัยได้ตีพิมพ์ผลงานในวารสารวิชาการชื่อดังอย่างไซแอนซ์ แอดวานซ์ (Science Advances) เป็นที่เรียบร้อยแล้ว