Zgodnie z raportem Lawrence Livermore National Laboratory jako kraj ponad połowa tego, co wydajemy na energię, zostanie zmarnowana.
Jednym z głównych sprawców jest ciepło. Fabryki, takie jak huty, wydzielają ogromną ilość energii w postaci ciepła - ale to ciepło prawie zawsze ucieka do atmosfery, gdzie nie może wiele zdziałać.
Ale zespół naukowców współpracujących między Massachusetts Institute of Technology i Stanford University opracował nowy typ baterii, który może pomóc w odprowadzeniu ciepła z wydechu i skierowaniu go z powrotem do sieci, wykorzystując mniej znaną zasadę zwaną efektem termogalwanicznym.
Do tej pory większość badań dotyczących konwersji ciepła odpadowego koncentrowała się na energii termoelektrycznej. Na przykład generatory termoelektryczne zyskały na popularności w ciągu ostatnich kilku lat. Systemy przenoszą elektrony z gorącej strony materiału przewodzącego, takiego jak metal, na chłodną stronę; tam elektrony można przekształcić w prąd, aby zasilać urządzenia lub ładować baterię. Generatory służą do zasilania takich urządzeń, jak systemy radiowe i telemetryczne na gazociągach, jako zapasowe źródła zasilania dla bezzałogowych placówek badawczych, a nawet jako odnawialne źródło energii w łaziku Mars Curiosity.
System jest tak dobrze znany i dobrze zbadany, że jest już stosowany w produktach przeznaczonych dla klientów, w tym w popularnym BioLite CampStove.
Ale, według Yi Cui, profesora nadzwyczajnego ze Stanford, który pomógł w opracowaniu nowej baterii, generatory termoelektryczne nie są w stanie odpowiednio pozyskać energii z dużych zakładów i fabryk, które nie są tak gorące jak, powiedzmy, ognisko.
Na przykład ciepło odpadowe pochodzące z huty nie jest wystarczająco gorące (lub akumulator nie może być wystarczająco schłodzony), aby zadziałała reakcja termoelektryczna.
Cui, ściśle współpracując z zespołem w MIT pod kierownictwem Ganga Chena, badacza z głębokim doświadczeniem w dziedzinie termoelektryczności, opracował baterię zaprojektowaną specjalnie z myślą o tak zwanym „niskiej jakości” cieple.
Nowa koncepcja koncentruje się wokół dość standardowej baterii na bazie wody z elektrodą dodatnią i ujemną. Zespół umieścił pustą baterię w obszarze z dużą ilością ciepła odpadowego, a następnie zaczął ją ładować. Po całkowitym naładowaniu akumulatora schłodzono go do temperatury pokojowej, w którym to momencie został rozładowany - a schłodzony akumulator może rozładować więcej energii, niż został włożony.
To zjawisko termogalwaniczne w pracy.
„Zmiana temperatury powoduje zmianę darmowej energii, a moc bardzo się zmienia”, mówi Cui. W efekcie akumulator pobiera energię z ciepła odpadowego - w przeciwnym razie zmarnowaną energię, która mogłaby zostać oddana z powrotem do sieci.
Baterie, w przeciwieństwie do systemów termoelektrycznych, nie mogą obecnie całkowicie zniknąć z sieci, ponieważ do ładowania wymagają prądu stałego. Chodzi o to, że aby to zrobić, musisz pobrać mniej energii z sieci.
Zespół nadal eksperymentuje z tym, jak szybko może ogrzać i ochłodzić akumulatory oraz ile razy ogniwo może zostać poddane cyklowi przed zużyciem. W laboratorium wykonanie jednego cyklu ładowania-rozładowania zajmuje kilka godzin. Zespół nie przepchnął żadnej pojedynczej komórki przez ponad 50 cykli.
W tej chwili nie mamy jasnego pojęcia, ile mocy może wytworzyć system taki jak Cui. Cui w końcu przewiduje obwód kilku ogniw, który można zainstalować w fabryce. Gdy temperatura jednego ogniwa wzrasta po wystawieniu na działanie ciepła odpadowego, kolejne przechodzi do cyklu chłodzenia.
„Połowa z nich ładuje się w wysokiej temperaturze, a połowa z nich rozładowuje się w niskiej temperaturze”, mówi.
W tej chwili głównym celem jest wytwarzane fabrycznie ciepło odpadowe, ale Cui uważa, że system można zastosować w innym miejscu w przyszłości. Zespół może również eksperymentować z innymi materiałami akumulatorowymi, które mogą pozwolić na zastosowanie efektu termogalwanicznego do wyższych poziomów ciepła, takich jak te wytwarzane przez kominek lub piec.
W czasach, gdy systemy pozyskiwania energii stają się już powszechne za granicą, systemy takie jak Cui mogą okazać się nieocenione przy eksploracji nowych królestw energii w Stanach Zjednoczonych. W ciągu najbliższych kilku lat ciepło z londyńskiego metra zostanie wykorzystane do ogrzania około 1400 domów. Znaczna część energii Danii pochodzi z ciepła odpadowego.
Dzięki takim wynalazkom możemy zacząć nadrabiać zaległości.
