Автор водяного пистолета даст миру прорву дешёвой энергии
Новая разработка конверсии света в электроток может убить хорошие солнечные панели. Возможно она способна радикально снизить цена «зелёной» энергии, выдавая с той же освещённой площади раза в полтора больше электричества, чем самые лучшие на сегодня фотоэлектрические ячейки, и в несколько раз больше, чем серийные солнечные батареи.
Американский инженер-ядерщик Лонни Джонсон (Lonnie Johnson) прославился в весах изобретением сверхмощного водяного пистолета Super Soaker, ставшего самой реализовываемой игрушкой в Соединенных Штатах в начале 1990-х (раскуплены десятки миллионов штук). Сейчас же он говорит, что отыскал уникальный метод конверсии солнечного света в электричество с эффективностью 60% и более!
его компания и Джонсон Johnson Electro Mechanical Systems создали «Термоэлектрическую совокупность конверсии энергии Джонсона» (Johnson Thermoelectric Energy Conversion System — JTEC), воображающую собой новый тип генератора электричества.
В самых неспециализированных чертах принцип его работы напоминает схему действия водородного топливного элемента. Но лишь напоминает.
Ни необходимости питания водородом извне, ни необходимости в доступе воздуха (кислорода), ни пара на выходе — тут нет.
Так может смотреться готовая ячейка JTEC. Первый этап её разработки финансировал американский национальный научный фонд (NSF) (иллюстрация Johnson Electro Mechanical Systems).
В базе JTEC лежит многослойный сандвич из электродов и протонообменной мембраны (membrane-electrode assemblies — MEA). Вернее, таких комплектов тут два: низко- и высокотемпературный.
Первый охлаждается окружающим воздухом, а второй, наоборот, подставлен под жаркие лучи от зеркала-концентратора.
Их совместное воздействие напоминает работу ДВС либо кроме того стирлинга — низкотемпературный сандвич MEA играет роль компрессора, а высокотемпературный — расширительной автомобили, несущей ответственность за такт рабочего хода. Лишь самого «хода» тут нет вовсе.
Вместо того дабы применять отличие температур для расширения газа и привода в перемещение поршня (либо турбины) в новом агрегате отличие температур (и давлений в камерах) приводит к перемещению ионов водорода через мембрану.
Так что нет тут ни движущихся частей, как в умелых установках зеркало-концентратор-стирлинг, ни выработки нового водорода из воды (для направления в топливный элемент), как в проекте генератора с тёплыми подвижными кольцами либо в не меньше необычном фотохимическом конверторе.
Более подробно работа JTEC выглядит так.
Схема JTEC. Цифрами отмечены камеры: 1 — низкого и 2 — большого давления низкотемпературного блока MEA, 3 —большого и 4 — низкого давления высокотемпературного блока.
Между ними виден теплообменник. Светло-зелёным цветом продемонстрированы протонообменные мембраны, тёмно-зелёным — электроды.
Зелёные волны – потоки тепла (иллюстрация Johnson Electro Mechanical Systems).
Сперва на прибор, на его низкотемпературный блок, подаётся внешнее напряжение (как будто бы искра в бензиновом ДВС). Оно приводит к ионизации водорода и диффузию ионов через мембрану в камеру большого давления, откуда, предварительно соединившись с электронами, обежавшими внешнюю цепь подпитки, атомы водорода попадают в раскалённую камеру высокотемпературного элемента.
Тут за их ионизацию отвечает нагрев электрода солнечными лучами.
Дав собственный электрон, сейчас уже опять ионы водорода перемещаются через вторую мембрану благодаря отличию давлений по обе её стороны. По окончании мембраны ионы попадают на очередной электрод, приобретают собственные же электроны обратно (сейчас уже — обежавшие цепь нагрузки) и отправляются опять в холодную часть устройства, всецело замыкая цикл.
Обе части прибора — холодная и тёплая — соединены каналами, образующими теплообменник на встречных потоках — так увеличивается эффективность «двигателя».
Выход энергии на втором сандвиче выясняется намного выше затрат на работу холодной части прибора, так что в JTEC солнечный свет фактически напрямую преобразуется в электричество без всякого расхода водорода (он бегает по кругу) и без движущихся частей в конструкции.
Так, JTEC оказывается весьма схож в работе с термодинамическими двигателями. Изобретатель уточняет — с двигателем с циклом Эрикссона, снабжающим максимальный при данной разнице температур КПД.
Лишь вместо перемещения громадных количеств того либо иного рабочего тела тут задействовано перемещение отдельных атомов и ионов водорода (ионный ток).
Объединив свои силы с Хешматом Агланом (Heshmat Aglan), доктором наук машиностроения в университете Таскиги (Tuskegee University), Лонни собирается в течение года выстроить опытный образец JTEC, рассчитанный на нагрев до 200 градусов.
на данный момент Аглан и Джонсон трудятся с высокотемпературными протонообменными мембранами, выполненными из керамики толщиной в микроны. Цель — создать устройство, действующий при куда более больших температурах.
Так, при усвоении отличия температур в 600 градусов (которую без неприятностей смогут поставить зеркала-концентраторы) теоретический КПД установки составит порядка 60%, а при 800 градусах (кроме этого вероятных в фокусе параболического зеркала) — заметно выше.
И не смотря на то, что эти 60% были высчитаны, исходя из совершенного цикла Карно, создатель необыкновенного устройства говорит, что оно благодаря собственной конструкции способно близко подойти к этому пределу.
Что принципиально важно, новый генератор легко масштабируется и возможно выполнен в широчайшем диапазоне мощностей и размеров: от микроскопических устройств для микроэлектромеханических совокупностей до промышленных установок на мегаватты выходной мощности. Помимо этого, JTEC возможно отрядить на преобразование и высокоэффективный сбор бросового тепла от громадных ДВС и турбин.
В то время, когда в металле покажется промышленная совокупность JTEC первого поколения (принимающая 600 градусов на входе) — неизвестно. Но, согласитесь, это красивое изобретение должно, как минимум, наделать много шума в научных и технических кругах, а, возможно, и революционизировать энергетику.
