Setiap malam, permukaan Bumi melepaskan panas ke atmosfer lalu memancar ke ruang angkasa yang sangat dingin. Tim peneliti dari University of California, Davis memanfaatkan proses alami itu untuk membuat mesin yang bisa bekerja tanpa bahan bakar, tanpa baterai, dan tanpa sambungan jaringan listrik.
Temuan ini menarik karena menggunakan perbedaan suhu kecil antara tanah yang masih hangat dan langit malam yang dingin. Dalam uji lapangan, mesin tersebut mampu beroperasi di luar ruangan dan menghasilkan tenaga mekanik dari energi panas yang biasanya hilang begitu saja.
Cara kerja mesin memanfaatkan langit malam
Prinsip dasarnya mirip panel surya, tetapi arah aliran energinya berbeda. Jika panel surya mengandalkan panas Matahari sebagai sisi panas, mesin ini justru memanfaatkan langit malam sebagai sisi dingin untuk menarik panas dari perangkat di bawahnya.
Jeremy Munday, profesor teknik listrik dan komputer di UC Davis, bersama peneliti Tristan Deppe, menguji ide sederhana itu dengan pendekatan termodinamika yang sudah lama dikenal. Mereka memakai mesin Stirling, desain mesin yang dapat mengubah perbedaan suhu menjadi gerakan mekanis tanpa pembakaran.
Mesin ditempatkan di luar ruangan dengan pelat bawah menempel pada tanah yang masih menyimpan panas setelah matahari terbenam. Pelat atas dilapisi cat khusus pemancar inframerah agar lebih efektif melepas panas ke arah langit.
Apa yang terjadi saat diuji di lapangan
Dalam pengujian di Davis dan Utah, pelat atas tercatat bisa mendingin hingga sekitar 10 derajat Celsius dibandingkan pelat bawah pada malam yang cerah. Selisih ini cukup untuk memutar roda gila dan membuktikan bahwa energi dari pendinginan radiasi benar-benar bisa diubah menjadi kerja mekanis.
Berikut ringkasan hasil penting dari demonstrasi tersebut:
- Mesin bekerja pada malam hari tanpa bahan bakar.
- Perbedaan suhu luar ruang mencapai sekitar 10 derajat Celsius.
- Daya mekanik yang dihasilkan sekitar 400 miliwatt per meter persegi permukaan yang menghadap langit.
- Saat dihubungkan ke motor DC kecil, sekitar separuh output mekanik dapat berubah menjadi arus listrik yang berguna.
- Dalam konfigurasi lain, mesin mampu menggerakkan kipas cetak 3D untuk menghasilkan aliran udara.
Angka 400 miliwatt per meter persegi memang jauh di bawah output panel surya pada siang hari cerah. Namun keunggulan mesin ini bukan pada produksi besar, melainkan pada kemampuannya bekerja terus saat malam tanpa logistik energi tambahan.
Potensi penggunaan di area yang sulit dijangkau listrik
Mesin seperti ini cocok untuk kebutuhan daya kecil yang harus tetap aktif di malam hari. Contohnya mencakup sensor jarak jauh, stasiun pemantauan pertanian, ventilasi rumah kaca, dan perangkat komunikasi berdaya rendah.
Dalam kondisi tertentu, perangkat ini juga bisa membantu sirkulasi udara. Pada suhu berbeda yang lebih besar dari 30 derajat Celsius, kipas yang dipasang pada prototipe mampu menghasilkan aliran udara mendekati 5 cubic feet per minute, cukup mendekati ambang dasar ventilasi untuk ruang publik besar menurut American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers.
Lokasi menentukan kinerja
Kinerja teknologi ini sangat dipengaruhi oleh kondisi atmosfer. Daerah kering, pegunungan, dan wilayah dengan langit cerah memberi hasil terbaik karena uap air lebih sedikit menghalangi radiasi inframerah menuju ruang angkasa.
Data pemetaan berbasis satelit NASA menunjukkan wilayah seperti bagian Sahara, Sabuk Steppe Eurasia, dan bahkan kondisi musim panas di Antarktika termasuk area yang berpotensi kuat. Sebaliknya, daerah tropis lembap cenderung kurang ideal karena uap air menyerap radiasi infra merah sebelum panas itu benar-benar lepas ke luar angkasa.
Meski begitu, tim menemukan bahwa pendinginan tetap terjadi bahkan pada malam hangat dan lembap, meski performanya menurun. Artinya, peluang operasi sepanjang tahun tetap terbuka di banyak iklim, terutama jika rancangan perangkat terus disempurnakan.
Mengapa riset ini dianggap penting
Teknologi ini mengisi celah yang belum sepenuhnya dijawab panel surya dan baterai, yakni sumber daya malam hari yang mandiri dan minim perawatan. Tidak ada mesin pembakaran, tidak ada bahan bakar yang harus diangkut, dan hampir tidak ada komponen yang rumit untuk dipelihara.
Ada pula dimensi iklim yang menarik. Para peneliti mencatat bahwa Bumi saat ini menyerap sekitar satu watt per meter persegi lebih banyak energi daripada yang dipancarkannya, sebuah ketidakseimbangan yang terkait dengan pemanasan global. Permukaan pendingin radiasi justru memperbesar pelepasan panas ke ruang angkasa, sehingga bila dikembangkan lebih luas, teknologi ini bisa memberi efek samping yang searah dengan upaya menekan pemanasan.
Arah pengembangan berikutnya
Prototype ini masih punya ruang besar untuk ditingkatkan. Material pemancar inframerah yang lebih baik, pelat yang dibuat dalam ruang vakum, serta penggunaan gas hidrogen atau helium di dalam mesin dapat meningkatkan efisiensi gerak internal.
Performa juga bisa naik jika pelat bawah tidak hanya mengambil panas dari tanah, tetapi dari sumber panas buangan industri atau bangunan. Dengan begitu, mesin memperoleh selisih suhu yang lebih besar tanpa menambah konsumsi energi baru, sementara konsep utamanya tetap sama: memanen energi dari dinginnya ruang angkasa melalui langit malam yang terbuka.
