发动机通过向太空散热发电

在10年前，美国斯坦福大学的科学家们发明了可通过向太空辐射热量实现制冷的超薄材料。该技术是一种辐射冷却方式，能够以8～13微米波长的红外线释放热量。由于大气层不吸收该特定波段，所以可将能量直接传输至太空真空。

在一项新的研究中，加州大学戴维斯分校的研究人员以该理念为基础开发了一个变体方案：利用辐射冷却将斯特林发动机降温至环境温度以下，从而产生机械能和电能。“通过优化发动机设计，我们认为这种方法能催生新型被动式全天候发电系统，与太阳能形成互补，助力建设弹性离网基础设施。”加州大学戴维斯分校电气与计算机工程教授杰里米·芒迪（Jeremy Munday）表示。

斯特林发动机自19世纪初沿用至今，其核心是密封在气密室内的气体。气体受热时膨胀，气密室内压力上升；冷却时收缩，压力下降。反复加热和冷却气体会形成膨胀收缩循环，驱动活塞发电。这类发动机还能直接产生机械能以循环空气或泵水。

芒迪和同事将斯特林发动机连接至一块涂有辐射涂料的300毫米×300毫米金属板热辐射天线。天线可将斯特林发动机冷却至环境温度以下，降低其内部的气压，随后气体因环境热量而膨胀，形成持续的动力循环。

为期一年的夜间实验显示，该装置通常可实现超过10℃的制冷效果。斯特林发动机利用该冷却效应，可产生超过每平方米400毫瓦的机械功率，足以直接驱动一台风扇或通过小型电机发电。科学家们在2025年11月的《科学进展》中详细介绍了相关发现。

由于该装置的能量来源于地球环境热量而非太阳热能，因此其功率输出“远低于太阳能光伏（的功率），约低两个数量级”，芒迪指出，“但其目标并非替代太阳能。相反，它实现了在夜间等太阳能不可用的时段有效做功。”

研究人员测算，该装置可产生超过每分钟5立方英尺的气流，该数值是美国采暖、制冷与空调工程师协会规定的公共建筑内最小气流速率。该规定旨在最大限度降低对健康的不利影响。其潜在应用包括加速温室内二氧化碳的循环以促进植物生长，以及改善住宅建筑内部的舒适度。

芒迪表示，其研究团队希望在温室中部署该装置作为概念验证应用。他们也有意改进该设备，使其在日间运行，这就要求发动机在发射红外辐射的同时反射入射的太阳辐射，以避免被太阳能加热。

研究人员认为有大量方案可以提升该设备的性能。例如，可将密封在发动机内部的空气更换为氢气或氦气，以降低内部的摩擦。

作者：Charles Q. Choi

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