加州大学戴维斯分校(UC Davis)的研究团队成功开发出一款实验性斯特林发动机,该装置无需燃烧任何燃料,仅依靠夜间天空的冷源即可产生机械能。经过长达一年的户外夜间测试,该原型机每平方米表面可产生约400毫瓦的功率,并成功驱动了一台小型风扇,验证了利用环境温差进行能量转换的可行性。
这项技术的核心原理在于利用地表与夜空之间的显著温差。项目由UC Davis工程学教授杰里米·芒迪(Jeremy Munday)领导,研究员特里斯坦·德佩(Tristan Deppe)参与。地球表面在夜间会向太空辐射热量,而太空深处极低的温度使得夜空成为天然的“冷源”。系统仅需一个热梯度即可运行:地表相对温暖,而面向天空的辐射冷却面温度极低,这种温差驱动发动机活塞运动,无需消耗化石燃料。
斯特林发动机之所以成为此类应用的理想选择,是因为它对温差的要求极低。与需要极端高温的内燃机不同,斯特林发动机仅需两个温度不同的热 reservoir(热库)即可工作。它通过活塞和飞轮的机械运动将热能转化为功,甚至能在类似“热咖啡与室温空气”的微小温差下运行。这种特性使其非常适合利用自然界中温和的温差进行能量收集。
在实际测试中,该原型机在夜间户外环境下稳定运行,证明了其能够直接从环境条件中获取机械能。虽然400毫瓦/平方米的功率密度尚不足以支撑大型电网供电,但足以驱动小型设备。演示期间,装置不仅直接带动了风扇,还连接了简易发电机成功输出电流,证实了从机械能到电能的转换路径畅通无阻。
环境因素对该技术的性能影响显著。晴朗无云且低湿度的天气最有利于辐射冷却,因为水蒸气和云层会阻挡地表热量向太空辐射,从而降低温差效率。因此,干旱地区或拥有漫长晴朗夜空的区域,该技术的表现将更为优异。高湿度和多云天气会显著削弱其发电能力。
目前,UC Davis团队已为该技术申请了临时专利。尽管仍处于原型阶段,但其概念为低功率应用场景开辟了新路,例如利用夜间自然冷源为温室或建筑物提供通风,完全摆脱对燃料的依赖。团队指出,该技术的目标并非取代大型发电厂,而是填补夜间无燃料能源的空白领域,未来需通过工程放大和气候适应性优化来推动商业化。
