Energia z ciepła odpadowego

Fizycy z Uniwersytetu Arizony odkryli nową metodę przetwarzania ciepła odpadowego na energię elektryczną.

Na świecie nie ma maszyn doskonale wydajnych. Wszystkie urządzenia wykorzystujące lub wytwarzające energię jako efekt uboczny wytwarzają ciepło odpadowe. Gdyby udało się stworzyć urządzenie pobierające energię cieplną z układu i przetwarzające ją w całości na pracę, otrzymalibyśmy perpetuum mobile drugiego rodzaju. Jak jednak pamiętamy z lekcji fizyki, jest to fizycznie niemożliwe, o czym mówi druga zasada termodynamiki .

Jednak przekształcanie nawet części ciepła odpadowego w energię pozwoliłoby zwiększyć wydajność urządzeń. Do tej pory próbowano wykorzystać do tego generatory termoelektryczne oparte o zjawisko Seebecka , jednak ich wydajność była dość niska. Pierwsze generatory prądu z ciepła odpadowego samochodów powstały w latach 60, jednak do tej pory rozwiązanie to nie znalazło zastosowania w komercyjnie produkowanych samochodach.

Odkrycie grupy naukowców z Uniwersytetu Arizony może to zmienić. Grupa pod kierownictwem prof. Charlesa Stafforda opublikowała swoje odkrycia we wrześniowym numerze czasopisma "ACS Nano". Opracowali oni teoretyczny model nowego sposobu przetwarzania energii cieplnej na prąd, przy pomocy molekularnych urządzeń termoelektrycznych - "lasu" cząstek zawierających pierścienie benzenowe umieszczonego między dwoma elektrodami. Przyłożenie do nich źródła ciepła powoduje zaburzenia w przepływie elektronów i zbieranie się potencjału elektrycznego między elektrodami. Cytując głównego autora badania, Justina Bergfielda:

Można po prostu wziąć parę elektrod metalowych i pomalować je jedną warstwą tych cząstek. Otrzyma się "kanapkę" działającą jako urządzenie termoelektryczne. Jest ono monolityczne, nie potrzebuje środków chłodzących, dostaw ciekłego azotu czy częstej konserwacji.

Według profesora Stafforda, wysokowydajne termoogniwa stworzone w oparciu o to zjawisko powinny umożliwiać generowanie 2 kW mocy z ciepła odpadowego samochodu, zwiększając jego wydajność o ponad 25 procent. Takie rozwiązanie byłoby idealne dla samochodu hybrydowego, który może wykorzystać tę energię elektryczną do ładowania baterii czy zasilania silników elektrycznych, ale nawet w zwyczajnym samochodzie spalinowym możliwość zmniejszenia obciążenia silnika przez alternator byłaby wartościowa.

Generatory termoelektryczne mogą również zostać wykorzystane w połączeniu z ogniwami słonecznymi, które aktualnie mają problem z nagrzewaniem się, przez co spada ich wydajność. Umieszczenie pod ogniwem fotowoltaicznym generatora termoelektrycznego pozwoliłoby wytworzyć więcej prądu i jednocześnie schłodziłoby ogniwo, powodując że proces przetwarzania światła na prąd byłby wydajniejszy.

Teraz tylko trzeba poczekać na sprawdzenie czy teoretyczne symulacje fizyków będą faktycznie odpowiednio wydajne po zrealizowaniu ich w rzeczywistości przez inżynierów, i ile będzie kosztować ich techniczna implementacja.

[ University of Arizona , via Next Big Future ]

Leszek Karlik

Więcej o: