MIT zagospodaruje ciepło

MIT zagospodaruje ciepło

Naukowcy z MIT i Stanforda znaleźli nowy sposób na przekształcenie ciepła odpadowego w energię elektryczną, zwłaszcza w sytuacjach, w których gradient temperatury jest niewielki (poniżej 100°C). Technologia wykorzystuje powszechnie dostępne materiały i może być stosowana do recyklingu dużych ilości strat ciepła generowanych w procesach przemysłowych i urządzeniach elektroenergetycznych.

Według amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA), jedna trzecia energii zużytej w przemyśle w Stanach Zjednoczonych jest marnowana w postaci ciepła. Jeśli uda się odzyskać nawet niewielką jej część, zużycie energii zostanie znacznie ograniczone.

W walce o środowisko, naukowcy zwrócili się głównie w kierunku materiałów termoelektrycznych, które mogą generować energię elektryczną w wyniku różnic temperatur. Jednakże, istnieją dwa główne problemy związane z tym podejściem. Po pierwsze, urządzenia wykorzystujące ten efekt są w większości wykonane z rzadkich materiałów, co oznacza, że są drogie i nie mogą być przeskalowane w zastosowaniach przemysłowych. Dodatkowo, gdy ciepło odpadowe ma temperaturę zaledwie o kilkadziesiąt stopni Celsjusza większą niż otaczające je środowisko, co jest bardzo powszechne, wydajność termoelektryków wynosi zaledwie 0,5%.

Naukowcy z MIT i Stanforda pod kierownictwem profesora Ganga Chena opracowali alternatywne podejście, które opiera się o efekt termogalwaniczny, który opisuje szczególny związek pomiędzy temperaturą akumulatora i napięciem, pod którym może być skutecznie ładowany.

Badacze zbudowali system, w którym ciepło odpadowe podnosi temperaturę akumulatora. W związku z tym, akumulator może być ładowany przy niższym napięciu niż w normalnych warunkach. Bateria jest następnie naturalnie wystudzana, a przy niższej temperaturze pozwala na odprowadzanie ładunków elektrycznych przy wyższym napięciu, uwalniając więcej energii niż zostało wprowadzone do niej za pośrednictwem sieci elektrycznej. Różnica energii wynika z termogalwanicznego przekształcenia ciepła odpadowego.

Pomysł, aby wykorzystać efekt termogalwaniczny do wytwarzania energii elektrycznej został zaproponowany w latach 50-tych ubiegłego wieku, w których wykazano ich sprawność na poziomie 50% limitu Carnota.

W porównaniu do oryginalnego systemu, Chen i współpracownicy osiągnęli zdolność wykorzystania znacznie mniejszych różnic temperatur przy stosunkowo wysokiej sprawności. Różnica 50 ° C pozwala na osiągnięcie wydajności na poziomie 5,7%. Dodatkowo do produkcji będzie można wykorzystać powszechnie dostępne materiały, takie jak miedź. Nowy układ można również wytwarzać w bardzo łatwy sposób, gdyż łatwo zintegrować go z istniejącymi łańcuchami produkcyjnymi w przemyśle akumulatorów.

Naukowcy zabiorą się teraz do rozwiązania pozostałych problemów, a mianowicie zwiększenia niskiej gęstości mocy (1,2 W/kg) w porównaniu do materiałów termoelektrycznych, skrócenia cyklu ładowania/rozładowywania baterii do około jednej godziny oraz przeprowadzania testów zmierzających do zapewnienia akumulatorowi dostatecznej żywotności.

(rr)