Laser zasilany energią słoneczną

Naukowcy z Tokyo Institute of Technology w Japonii opracowali nowy rodzaj wydajnego lasera zasilanego energią słoneczną. Mają nadzieję, że użyją lasera, aby pomóc im zrealizować swój cel, jakim jest opracowanie silnika spalinowego magnezowego. Naukowcy opisali nowy laser w niedawnym numerze Stosowane litery fizyki .

Laser zasilany energią słoneczną: Dwie soczewki Fresnela skupiają światło słoneczne na krysztale ceramicznym, aby wytworzyć światło laserowe. Istnieje nadzieja na wykorzystanie tak potężnych laserów do generowania ciepła i wodoru z magnezu i wody.

Pomysł, mówi Takashi Yabe , profesor inżynierii mechanicznej i nauk ścisłych w Tokijskim Instytucie, ma stworzyć potężny laser zdolny do spalania magnezu zawartego w wodzie morskiej. W procesie wydzielane są duże ilości ciepła i wodoru.

Magnez ma ogromny potencjał jako źródło energii, ponieważ ma gęstość magazynowania energii około 10 razy większą niż wodór, mówi Yabe. Jest również bardzo obfity, około 1,3 grama znajduje się w każdym litrze wody morskiej lub około 1800 bilionów ton metrycznych w naszych oceanach, mówi.

Co więcej, tlenek magnezu powstały w wyniku reakcji można ponownie przekształcić w magnez, mówi Yabe. Połów? Recykling tlenku magnezu z powrotem do magnezu wymaga temperatury 4000 kelwinów (3726 ºC) – stąd potrzeba lasera do generowania takich temperatur w małym miejscu.

Aby jednak silnik spalinowy magnezowy mógł funkcjonować jako praktyczne źródło energii, lasery muszą być zasilane odnawialnym źródłem energii, takim jak energia słoneczna.

Lasery z pompą słoneczną już istnieją: skupiają światło słoneczne na materiałach krystalicznych, takich jak granat itru z dodatkiem neodymu, powodując, że emitują światło laserowe. Jednak do tej pory większość laserów zasilanych energią słoneczną opierała się na niezwykle dużych lustrach, które skupiały światło słoneczne na krysztale.

Yabe i jego koledzy opracowali kompaktowy laser, który oferuje trzykrotną poprawę wydajności w porównaniu z poprzednimi projektami pod względem mocy, jaką może dostarczyć w porównaniu z dostępnym światłem słonecznym.

Wynika to częściowo z zastosowania kryształów Nd:YAG, które są dodatkowo domieszkowane chromem, dzięki czemu mogą pochłaniać szerszy zakres światła. Dodanie chromu sprawia, że ​​dostępna jest większa część widma, mówi Yabe: Dzięki temu wydajność od światła słonecznego do lasera jest znacznie zwiększona.

Inną innowacją lasera Yabe jest zastosowanie małej soczewki Fresnela zamiast dużych soczewek lustrzanych. Soczewki Fresnela zmniejszają rozmiar i ilość materiału potrzebnego do zbudowania soczewki, rozbijając ją na koncentryczne pierścienie soczewek. Zazwyczaj 10 procent padającego światła skupia się na krysztale, podczas gdy w przypadku Fresnela jest to około 80 procent.

W naszym przypadku użyliśmy tylko 1,3 metra kwadratowego i osiągnęliśmy 25 watów, mówi Yabe. Chociaż jest to tylko trzykrotny wzrost, moc lasera rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem obszaru. Więc spodziewamy się od 300 do 400 watów z czterometrową soczewką Fresnela, mówi.

To niezwykłe podejście, mówi Sunita Satyapal , szef zespołu magazynowania wodoru w Departamencie Energii w Waszyngtonie. Ale to nie pierwszy raz, kiedy metale, takie jak magnez i woda, zostały zbadane jako środek do produkcji wodoru, mówi.

Teraz potrzebny jest budżet na całkowitą wydajność całego systemu, mówi Satyapal: Kluczową kwestią jest koszt i całkowita wydajność. Dodaje, że istnieją znacznie prostsze sposoby wytwarzania wodoru za pomocą światła słonecznego, takie jak wykorzystanie ogniw słonecznych do rozdzielania wody za pomocą elektrolizy.

ukryć