Transformarea căldurii reziduale în energie - ScienceDaily
Ce au în comun un motor de mașină, o centrală electrică, o fabrică și un panou solar? Toate generează căldură - din care multe sunt irosite.
Fizicienii Universității din Arizona au descoperit un nou mod de a recolta căldura reziduală și de a o transforma în energie electrică.
Folosind un model teoretic al așa-numitului dispozitiv termoelectric molecular, tehnologia oferă o mare promisiune pentru a face mașinile, centralele electrice, fabricile și panourile solare mai eficiente, pentru a numi câteva aplicații posibile. În plus, materialele termoelectrice mai eficiente ar face ca clorofluorocarburile care epuizează ozonul sau CFC-urile să fie învechite.
Grupul de cercetare condus de Charles Stafford, profesor asociat de fizică, și-a publicat concluziile în numărul din septembrie al revistei științifice, ACS Nano.
„Termoelectricitatea face posibilă transformarea curată a căldurii direct în energie electrică într-un dispozitiv fără piese în mișcare”, a declarat autorul principal Justin Bergfield, doctorand la Colegiul de Științe Optice al UA.
„Colegii noștri din domeniu ne spun că sunt destul de încrezători că dispozitivele pe care le-am proiectat pe computer pot fi construite cu caracteristicile pe care le vedem în simulările noastre.”
"Anticipăm că tensiunea termoelectrică folosind designul nostru va fi de aproximativ 100 de ori mai mare decât ceea ce au realizat alții în laborator", a adăugat Stafford.
Preluarea energiei pierdute prin căldura reziduală a fost pe lista dorințelor inginerilor de mult timp, dar, până acum, a lipsit un concept de înlocuire a dispozitivelor existente, care este atât mai eficient, cât și mai competitiv din punct de vedere economic.
Spre deosebire de dispozitivele de conversie a căldurii existente, cum ar fi frigiderele și turbinele cu abur, dispozitivele de la Bergfield și Stafford nu necesită mecanici și nici substanțe chimice care diminuează ozonul. În schimb, un polimer asemănător cauciucului între două metale care acționează ca electrozi poate face trucul.
Țevile de eșapament pentru mașini sau fabrici ar putea fi acoperite cu materialul, cu o grosime mai mică de 1 milionime de inch, pentru a recolta energia pierdută altfel ca căldură și pentru a genera electricitate.
Fizicienii profită de legile fizicii cuantice, un tărâm care nu este folosit în mod obișnuit atunci când proiectează tehnologia generatoare de energie. Pentru cei neinițiați, legile fizicii cuantice par să zboare în fața modului în care lucrurile sunt „presupuse” să se comporte.
Cheia tehnologiei constă într-o lege cuantică pe care fizicienii o numesc dualitatea undă-particulă: obiectele mici, cum ar fi electronii, se pot comporta fie ca undă, fie ca particulă.
"Într-un fel, un electron este ca o mașină sport roșie", a spus Bergfield. "Mașina sport este atât o mașină, cât și roșie, la fel cum electronul este atât o particulă, cât și o undă. Cele două sunt proprietăți ale aceluiași lucru. Electronii sunt doar mai puțin evidente pentru noi decât mașinile sport."
Bergfield și Stafford au descoperit potențialul de transformare a căldurii în electricitate atunci când au studiat eteri polifenilici, molecule care se agregă spontan în polimeri, lanțuri lungi de unități repetate. Coloana vertebrală a fiecărei molecule de eter polifenilic constă dintr-un lanț de inele de benzen, care la rândul lor sunt construite din atomi de carbon. Structura legăturii de lanț a fiecărei molecule acționează ca un „fir molecular” prin care pot călători electronii.