Laser a energia solare

Un nuovo tipo di laser efficiente a energia solare è stato sviluppato dai ricercatori del Tokyo Institute of Technology, in Giappone. Sperano di utilizzare il laser per aiutarli a realizzare il loro obiettivo di sviluppare un motore a combustione di magnesio. I ricercatori hanno descritto il nuovo laser in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

Laser ad energia solare: Due lenti di Fresnel focalizzano la luce solare su un cristallo ceramico per produrre luce laser. La speranza è di utilizzare laser così potenti per generare calore e idrogeno da magnesio e acqua.

L'idea, dice Takashi Yabe , professore di ingegneria meccanica e scienza presso l'Istituto di Tokyo, è quello di realizzare un potente laser in grado di bruciare il contenuto di magnesio dell'acqua di mare. Nel processo vengono emesse grandi quantità di calore e idrogeno.

Il magnesio ha un grande potenziale come fonte di energia perché ha una densità di accumulo di energia circa 10 volte superiore a quella dell'idrogeno, afferma Yabe. È anche molto abbondante, con circa 1,3 grammi che si trovano in ogni litro di acqua di mare, o circa 1.800 trilioni di tonnellate nei nostri oceani, dice.

Inoltre, l'ossido di magnesio risultante dalla reazione può essere riconvertito in magnesio, afferma Yabe. La presa? Riciclare l'ossido di magnesio in magnesio richiede temperature di 4.000 kelvin (3.726 ºC), da qui la necessità di un laser per generare tali temperature su un piccolo punto.

Ma affinché un motore a combustione di magnesio funzioni come una pratica fonte di energia, i laser devono essere alimentati da una fonte di energia rinnovabile, come l'energia solare.

I laser a pompa solare esistono già: funzionano concentrando la luce solare su materiali cristallini come il granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio, facendo sì che emettano luce laser. Fino ad ora, tuttavia, la maggior parte dei laser a pompa solare si è basata su specchi estremamente grandi per focalizzare la luce solare sul cristallo.

Yabe e i suoi colleghi hanno sviluppato un laser compatto che offre un triplice miglioramento dell'efficienza rispetto ai progetti precedenti, in termini di potenza che può fornire rispetto alla luce solare disponibile.

Ciò è in parte dovuto all'uso di cristalli Nd:YAG che sono inoltre drogati con cromo, che consente loro di assorbire una gamma più ampia di luce. L'aggiunta del cromo rende disponibile una proporzione maggiore dello spettro, afferma Yabe: In questo modo l'efficienza dalla luce solare al laser è notevolmente migliorata.

L'altra innovazione del laser di Yabe è l'uso di una piccola lente di Fresnel invece di grandi lenti a specchio. Le lenti di Fresnel riducono le dimensioni e la quantità di materiale necessaria per costruire una lente suddividendola in anelli concentrici di lenti. In genere, il 10 percento della luce incidente è focalizzato sul cristallo, mentre con il Fresnel è circa l'80 percento.

Nel nostro caso, abbiamo utilizzato solo 1,3 metri quadrati e abbiamo raggiunto 25 watt, afferma Yabe. Sebbene questo sia solo un aumento di tre volte, l'uscita del laser aumenta esponenzialmente con l'aumento dell'area. Quindi ci aspettiamo da 300 a 400 watt con la lente di Fresnel di quattro metri quadrati, dice.

È un approccio insolito, dice Sunita Satyapal , capo del team di stoccaggio dell'idrogeno del Dipartimento dell'energia, a Washington, DC. Ma non è la prima volta che i metalli, come il magnesio, e l'acqua sono stati esplorati come mezzi per la produzione di idrogeno, dice.

Ciò che serve ora è un budget per l'efficienza totale per l'intero sistema, afferma Satyapal: Il problema chiave è il costo e l'efficienza totale. Ci sono modi molto più semplici per generare idrogeno usando la luce solare, come impiegare celle solari per dividere l'acqua usando l'elettrolisi, aggiunge.

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