ソーラーパワーレーザー

新しい種類の効率的な太陽電池式レーザーが、日本の東京工業大学の研究者によって開発されました。彼らは、マグネシウム燃焼エンジンを開発するという彼らの目標を実現するためにレーザーを使用することを望んでいます。研究者は、最近の号で新しいレーザーについて説明しました 応用物理学の手紙 。

太陽電池式レーザー： 2つのフレネルレンズが太陽光をセラミック結晶に集束させてレーザー光を生成します。このような強力なレーザーを使用して、マグネシウムと水から熱と水素を生成することが期待されています。

アイデアは言います Takashi Yabe 東京研究所の機械工学と科学の教授である、は、海水のマグネシウム含有量を燃焼させることができる強力なレーザーを作ることです。その過程で、大量の熱と水素が放出されます。

マグネシウムは水素の約10倍のエネルギー貯蔵密度を持っているため、エネルギー源として大きな可能性を秘めていると矢部氏は言う。また、それは非常に豊富で、海水1リットルあたり約1.3グラム、または私たちの海では約1,800兆メートルトンが見つかります、と彼は言います。

さらに、反応から生じる酸化マグネシウムはマグネシウムに戻すことができます、と矢部は言います。キャッチ？酸化マグネシウムをマグネシウムにリサイクルするには、4,000ケルビン（3,726ºC）の温度が必要です。したがって、小さなスポットでそのような温度を生成するためのレーザーが必要です。

しかし、マグネシウム燃焼エンジンが実用的なエネルギー源として機能するためには、レーザーは太陽光発電などの再生可能エネルギー源から電力を供給される必要があります。

ソーラーポンプレーザーはすでに存在します。ネオジムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネットなどの結晶性材料に太陽光を集中させ、レーザー光を放射させることで機能します。しかし、これまで、ほとんどのソーラーポンプレーザーは、太陽光を結晶に集束させるために非常に大きなミラーに依存してきました。

矢部らは、利用可能な太陽光と比較してどれだけの電力を供給できるかという点で、以前の設計に比べて効率が3倍向上するコンパクトなレーザーを開発しました。

これは、クロムを追加でドープしたNd：YAG結晶を使用しているため、より広い範囲の光を吸収できるようになっていることが一因です。クロムを追加すると、利用可能なスペクトルの割合が大きくなります、と矢部氏は言います。したがって、太陽光からレーザーまでの効率が大幅に向上します。

矢部のレーザーのもう1つの革新は、大きなミラーレンズの代わりに小さなフレネルレンズを使用することです。フレネルレンズは、レンズを同心円状のレンズリングに分割することにより、レンズの構築に必要な材料のサイズと量を削減します。通常、入射光の10％は結晶に焦点を合わせますが、フレネルでは約80％です。

私たちの場合、使用したのはわずか1.3平方メートルで、25ワットを達成したと矢部氏は言います。これはわずか3倍の増加ですが、レーザー出力は面積の増加とともに指数関数的に増加します。したがって、4メートル四方のフレネルレンズで300〜400ワットを期待していると彼は言います。

これは珍しいアプローチだと言います スニタサティヤパル 、ワシントンDCにあるエネルギー省の水素貯蔵チームの責任者。しかし、マグネシウムなどの金属や水が水素製造の手段として探求されたのはこれが初めてではない、と彼女は言います。

現在必要なのは、システム全体の総効率予算です、とSatyapalは言います。重要な問題はコストと総効率です。太陽電池を使用して電気分解を使用して水を分割するなど、太陽光を使用して水素を生成するはるかに簡単な方法があります、と彼女は付け加えます。

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