日夜溫差變電力 工程師利用古老機械發明「無燃料發電」

當夕陽西沉、夜幕降臨，周遭氣溫漸降，但白天被太陽炙烤一整天的地面仍殘留熱力，這種日夜溫差的現象司空見慣。然而，科學家一直在思考：這股自然形成的溫差，能否真正被利用？如今，美國科研團隊成功利用一項古老機械原理，從溫暖地面與寒冷夜空之間的溫度差，提取能量驅動引擎，並轉化為電力，開啟夜間發電技術的新可能。

這項成果近日刊登於《科學進展》（Science Advances）。加州大學戴維斯分校（UC Davis）工程團隊以 1819 年問世的史特林引擎（Stirling Engine） 為基礎進行改良。研究合著者、工程學教授蒙迪（Jeremy Munday）解釋，一般引擎如內燃機要產生動力必須依靠高溫差，但史特林引擎卻能在低溫差下運作，甚至「一杯熱咖啡與室溫的差距」，都足以讓它啟動。

工程學教授蒙迪解釋，一般引擎如內燃機要產生動力必須依靠高溫差，但史特林引擎卻能在低溫差下運作，甚至「一杯熱咖啡與室溫的差距」，都足以讓它啟動。UC Davis

研究生德佩與蒙迪便設計出新裝置。UC Davis

經過一整年的夜間測試，裝置每平方公尺可產生至少 400 毫瓦（mW）的機械能量。UC Davis

日夜溫差也可變電力，工程師利用古老機械發明「無燃料發電」。UC Davis

工程學教授蒙迪解釋，一般引擎如內燃機要產生動力必須依靠高溫差，但史特林引擎卻能在低溫差下運作，甚至「一杯熱咖啡與室溫的差距」，都足以讓它啟動。UC Davis

史特林引擎由英國牧師史特林（Robert Stirling）發明，其結構簡單，主體包括活塞、飛輪與受熱膨脹腔體，是中學生常用的科學示範裝置。當一側受熱、空氣膨脹推動活塞及飛輪，再靠飛輪慣性帶動冷卻、反覆往復，便能持續運作。

蒙迪教授指出：「若你只是把它放在桌上，由於沒有溫差，它不會自行產生能量，因此我們通常要提供熱源，如一杯熱咖啡。」團隊進一步思考：能否把引擎熱端連接地面，而冷端連接到「寒冷的夜空」？

研究生德佩（Tristan Deppe）與蒙迪便設計出新裝置：把史特林引擎安裝於一塊可向外輻射熱量的面板上，整組裝置放置在室外地面，讓地面作為熱源，而面板則像一支「天線」一般，將裝置的熱量輻射至遙遠太空，使其冷卻，形成穩定溫差。

經過一整年的夜間測試，裝置每平方公尺可產生至少 400 毫瓦（mW）的機械能量。研究人員成功以此直接驅動小型風扇，並利用馬達將機械能轉化為電能，證實夜空溫差發電確具可行性。

蒙迪表示，這種技術在「空氣乾燥、夜空晴朗」的地區效能最佳，可應用於溫室或住宅通風等用途。加州大學已就此項技術提出臨時專利。

這項研究顯示，人類不僅可望在白天利用太陽能發電，更可於夜間透過大自然的低溫輻射補充能源，或將成為未來可再生能源的新方向。