Wetenschappers hebben een kleine Stirling-motor ontworpen om energie te halen uit warmte die ’s nachts vanzelf vanuit de aarde de ruimte instroomt. Het apparaat werkt volledig zonder zonlicht, bewegende lucht of externe warmtebron.
Onderzoekers van de University of California, Davis, hebben een klein apparaat ontwikkeld dat energie kan opwekken zodra de nacht invalt. De technologie maakt gebruik van een bekend, maar zelden benut natuurkundig fenomeen: radiatieve koeling. Terwijl de aarde haar warmte uitstraalt naar de koude hemel, ontstaat een temperatuurverschil dat groot genoeg is om een compacte Stirling-motor aan te drijven.
Volgens de studie, gepubliceerd in Science Advances, kan dit principe worden ingezet om lichte machines te laten draaien wanneer andere energiebronnen stilvallen.
Het hart van het systeem is een eenvoudige Stirling-motor, een warmtemotor die werkt op basis van uitzettend en krimpend gas. In tegenstelling tot klassieke motoren heeft een Stirling maar een klein temperatuurverschil nodig om te functioneren. Net dat maakt de technologie geschikt voor een nachtelijke toepassing.
Energie uit de nacht
De onderzoekers bevestigden de Stirling-motor op een radiatieve koelplaat die direct naar de open hemel wijst. De plaat koelt vanzelf enkele graden verder af dan de omgeving doordat zij warmte verliest aan de ruimte. De onderzijde van de motor rust op de grond, die nog warm is van de dag. Dat temperatuurverschil (soms slechts enkele graden), volstaat om het gas binnenin de motor te laten uitzetten en krimpen.
Die beweging drijft een zuiger en een vliegwiel aan. Het resultaat: ongeveer 400 milliwatt mechanisch vermogen per vierkante meter, gemeten in een jaar aan nachtelijke tests. Dat lijkt weinig, maar het is meer dan genoeg voor toepassingen zoals een ventilator, een pompje of het aandrijven van een kleine generator.
Het systeem functioneert vooral goed in regio’s met heldere, droge nachten — omstandigheden waarin radiatieve koeling maximaal optreedt.
Klein prototype, duidelijke toepassingen
Hoewel het slechts gaat om een klein prototype, ziet het team van UC Davis duidelijke toepassingsmogelijkheden. In teeltkassen moet ’s nachts bijvoorbeeld regelmatig worden geventileerd om temperatuur en luchtvochtigheid onder controle te houden. Ventilatie vraagt maar weinig vermogen, maar gebeurt wel precies op het moment dat zonnepanelen niets leveren. Een Stirling-motor die draait op natuurlijke afkoeling zou hier een volledig passieve, onderhoudsarme oplossing kunnen bieden.
Ook in gebouwen kan nachtventilatie profiteren van een energiebron die actief wordt zodra de omgeving afkoelt. Daarnaast kan de technologie worden ingezet voor autonome sensoren, kleine pompen of meetstations op afgelegen locaties, waar onderhoud lastig is en batterijen slecht presteren.
Oude techniek nog steeds relevant
De Stirling-motor is een relatief oude techniek, maar wordt vandaag nog steeds gebruikt in nichetoepassingen zoals cryokoelers, onderzeeërs en sommige micro-warmtekrachtinstallaties. Het unieke van de UC Davis-aanpak is dat ze de motor niet voeden met een externe warmtebron, maar juist de koude kant versterken met radiatieve koeling. Daarmee benutten ze een natuurlijke, permanente energiestroom tussen aarde en ruimte.
Volgens hoogleraar Jeremy Munday is dat precies waar Stirling-systemen uitblinken: “Deze motoren kunnen al functioneren bij zeer kleine temperatuurverschillen.” Waar andere motoren grote hitte vereisen, kan een Stirling zelfs draaien op het bescheiden verschil tussen aarde en hemel tijdens een heldere nacht.
Patentaanvraag ingediend
UC Davis heeft inmiddels een voorlopige patentaanvraag ingediend. De onderzoekers willen het ontwerp verder verfijnen, nieuwe materialen testen en onderzoeken of grotere panelen voldoende vermogen kunnen leveren voor praktijktaken zoals kasventilatie of nachtelijke luchtcirculatie in gebouwen.
Hoewel het prototype nog in een vroeg stadium zit, laat het zien dat de nacht – vaak gezien als energiestilte – verrassend bruikbare warmtestromen bevat.
