Laser toodab Päikese abil mereveest energiat

Jaapanis asuva Tokyo tehnoloogiainstituudi teadlased on välja töötanud uut tüüpi efektiivse Päikese jõul töötava laseri. Selle abil loodavad nad lõpuks luua seadme, millega magneesiumi põletamisest energiat toota, kirjutas Technology Review. Oma uut laserit kirjeldasid autorid ajakirja Applied Physics Letters viimases väljaandes.

Tokyo instituudi professori Takashi Yabe sõnul seisneb idee piisavalt võimsa laseri ehitamises, millega saaks mereveest eraldatud magneesiumi põletada. Selle protsessi käigus eralduks suures koguses vesinikku ja soojust.

Magneesium on suurepärane potentsiaalne energiaallikas, kuna tema energia salvestustihedus on umbes kümme korda suurem kui vesinikul, ütles Yabe. Varud on rikkalikud, kuna igas liitris merevees on 1,3 grammi magneesiumi – meie ookeanides kokku seega 1800 triljonit tonni.

Mis veel parem, lisas Yabe, saadusena eralduva magneesiumoksiidi saab tagasi magneesiumiks muuta ja sellest uuesti energiat toota. Kus on siis konks?

Magneesiumoksiidi tagasi magneesiumiks muutmine toimub temperatuuril 3726 kraadi – seega on vaja laserit, mis väikesele pinnale sellise temperatuuri tekitada suudab. Et aga magneesiumi põletamist saaks kasutada praktilise energiaallikana, peavad laserid kasutama taastuvat energiaallikat, nagu näiteks päikeseenergia.

Päikese jõul töötavaid lasereid on varemgi ehitatud. Nende tööpõhimõte seisneb valgusenergia koondumises kristalsele materjalile, nagu näiteks neodüümiga töödeldud ütrium-alumiiniumgranaat (Nd:YAG), mille tulemusena emiteerib see laservalgust. Praeguseni on suurem osa päikese jõul töötavatest laseritest sõltunud päikesevalguse kogumisel hiiglaslikest peeglitest, mis fokusseerivad valguse kristallile.

Yabe ja tema kolleegid on välja töötanud kompaktse laseri, mis on eelnevatega võrreldes kolm korda efektiivsem, kui võrrelda kasutatava valguse hulga pealt saadud energiat.

Osaliselt on selle põhjuseks Nd:YAG kristallide töötlemine kroomiga, mis võimaldab neil imendada energiat laiemast valguse lainepikkuste vahemikust. "Seega kasutab laser päikesevalgust efektiivsemalt ära," ütles Yabe.

Teiseks uuenduseks on pisikeste Fresneli läätsede kasutamine suurte peeglite asemel. Fresneli läätsed vähendavad seadme läätse suurust ning materjalikulu, kuna paiknevad kontsentriliste läätseringidena. Tavaliselt fokuseeritakse kristallile 10 protsenti langevast valgusest, Fresneli läätsega aga umbes 80 protsenti.

"Meie kasutasime oma laseri juures vaid 1,3 ruutmeetrist läätse ning saime võimsuse 25 vatti," ütles Yabe. Kuigi see on vaid kolmekordne kasv, suureneb laseri saagis läätse suuruse kasvades eksponentsiaalselt. "Seega loodame saada 300–400 vatti nelja ruutmeetrise Fresneli läätsega," selgitas Yabe.

Washingtonis asuva energiaministeeriumi vesiniku uurimise rühma juhi Sunita Satyapali sõnul on selline lähenemine ebaharilik. Kuid tema sõnul pole see esimene kord, kui metalle nagu magneesium uuritakse eesmärgiga toota vesinikku.

Vaja on kogu süsteemi efektiivsuse eelarvet, ütles Satyapal. "Võtmeküsimuseks on hind ning toodetav energia." Päikese abil vesiniku tootmiseks on tunduvalt lihtsamaid mooduseid, näiteks päikesepatareide abil vett elektrolüüsida, lisas ta.